Модуль звуковой системы. Основные компоненты звуковой подсистемы ПК. Аналого-цифровое и Цифроаналоговое преобразование
знать:
Звуковая система ПК. Состав звуковой системы ПК. Принцип работы и технические характеристики звуковых плат. Направления совершенствования звуковой системы. Принцип обработки звуковой информации. Спецификация звуковых систем.
Методические указания
Звуковая система ПК
- комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:
запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;
воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);
воспроизведение звуковых компакт-дисков;
микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex);
обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-Sound) звучания;
генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.
Рисунок 10 - Структура звуковой системы ПК
Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, содержит:
модуль записи и воспроизведения звука;
модуль синтезатора;
модуль интерфейсов;
модуль микшера;
акустическую систему.
Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.
Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не меняются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта
Вопросы для самоконтроля:
Звуковая система ПК;
Состав звуковой системы ПК;
Принцип работы и технические характеристики звуковых плат;
Направления совершенствования звуковой системы;
Принцип обработки звуковой информации;
Спецификация звуковых систем.
Тема 6.2 Модуль интерфейсов обработки звуковой информации
Студент должен:
иметь представление:
о звуковой системе ПК
знать:
состав звуковой подсистемы ПК;
принцип работы модуля записи и воспроизведения;
принцип работы модуля синтезатора;
принцип работы модуля интерфейсов;
принцип работы модуля микшера;
организацию работы акустической системы.
Состав звуковой подсистемы ПК. Модуль записи и воспроизведения. Модуля синтезатора. Модуль интерфейсов. Модуль микшера. Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение. Форматы звуковых файлов. Средства распознавания речи.
Методические указания
Модуль записи и воспроизведения звуковой системы
осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access - канал прямого доступа к памяти).
Запись звука - это сохранение информации о колебаниях звукового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и цифровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме.
На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый.
Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобразование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования.
^ Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на аналоговый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.
Дискретизация сигнала заключается в выборке отсчетов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определяется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации должна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (частотной составляющей) исходного звукового сигнала.
Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигнала и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рисунке 11 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.
^
Рисунок 11 - Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала
Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при квантовании зависит от количества разрядов кодового слова.
^
Рисунок 12 - Дискретизация по времени и квантование по уровню аналогового сигнала квантования амплитуды отсчета.
Аналого-цифровое преобразование осуществляется специальным электронным устройством - аналого-цифровым преобразователем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелательные высокочастотные помехи, для фильтрации которых полученные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.
Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рисунке 12. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглаживания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.
Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, используют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, приходящихся на один отсчет.
^
Рисунок 13 - Схема цифроаналогового преобразования
Подобные методы кодирования звуковых данных с использованием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20% первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия - кодеков (кодирование-декодирование), поставляемых вместе с программным обеспечением звуковой карты или входящих в состав операционной системы.
Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения цифрового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую кодеком. Основными характеристиками этого модуля являются: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; способ кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме Full Duplex.
Частота дискретизации определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 - 8 кГц; музыки с невысоким качеством - 20 - 25 кГц; для обеспечения высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стереофонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.
^ Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит).
Full Duplex (полный дуплекс) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одновременно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое качество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, например, при проведении телеконференций, когда высокое качество звука не требуется.
Модуль синтезатора
Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе и звучание реальных музыкальных инструментов. Принцип действия синтезатора иллюстрирует рисунке 14.
Синтезирование представляет собой процесс воссоздания структуры музыкального тона (ноты). Звуковой сигнал любого музыкального инструмента имеет несколько временных фаз. На рисунке 15, а показаны фазы звукового сигнала, возникающего при нажатии клавиши 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 рисунке 15, 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 совокупность сигналов обрабатывается с целью получения специальных звуковых эффектов, например, эха (реверберация), хорового исполнения (хо-рус). Далее производятся цифроаналоговое преобразование и фильтрация сигнала с помощью фильтра низких частот (ФНЧ).
Рисунок 15 - Принцип действия современного синтезатора: а - фазы звукового сигнала; 6 - схема синтезатора
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 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 обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.
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 использован 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
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.
число микшируемых сигналов на канале воспроизведения;
регулирование уровня сигнала в каждом микшируемом канале;
регулирование уровня суммарного сигнала;
выходная мощность усилителя;
наличие разъемов для подключения внешних и внутренних
приемников/источников звуковых сигналов.
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.
Акустическая система (АС) непосредственно преобразует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего тракта. В состав АС, как правило, входят несколько звуковых колонок, каждая из которых может иметь один или несколько динамиков. Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные звуковые каналы.
Как правило, принцип действия и внутреннее устройство звуковых колонок бытового назначения и используемых в технических средствах информатизации в составе акустической системы PC практически не различаются.
В основном АС для ПК состоит из двух звуковых колонок, которые обеспечивают воспроизведение стереофонического сигнала. Обычно каждая колонка в АС для ПК имеет один динамик, однако в дорогих моделях используются два: для высоких и низких частот. При этом современные модели акустических систем позволяют воспроизводить звук практически во всем слышимом частотном диапазоне благодаря применению специальной конструкции корпуса колонок или громкоговорителей.
Для воспроизведения низких и сверхнизких частот с высоким качеством в АС помимо двух колонок используется третий звуковой агрегат - сабвуфер (Subwoofer), устанавливаемый под рабочим столом. Такая трехкомпонентная АС для ПК состоит из двух так называемых сателлитных колонок, воспроизводящих средние и высокие частоты (примерно от 150 Гц до 20 кГц), и сабвуфера, воспроизводящего частоты ниже 150 Гц.
Отличительная особенность АС для ПК - возможность наличия собственного встроенного усилителя мощности. АС со встроенным усилителем называется активной. Пассивная АС усилителя не имеет.
Главное преимущество активной АС состоит в возможности подключения к линейному выходу звуковой карты. Питание активной АС осуществляется либо от батареек (аккумуляторов), либо от электрической сети через специальный адаптер, выполненный в виде отдельного внешнего блока или модуля питания, устанавливаемого в корпус одной из колонок.
Выходная мощность акустических систем для ПК может изменяться в широком диапазоне и зависит от технических характеристик усилителя и динамиков. Если система предназначена для озвучивания компьютерных игр, достаточно мощности 15 - 20 Вт на колонку для помещения средних размеров. При необходимости обеспечения хорошей слышимости во время лекции или презентации в большой аудитории возможно использовать одну АС, имеющую мощность до 30 Вт на канал. С увеличением мощности АС увеличиваются ее габаритные размеры и повышается стоимость.
^ Основные характеристики АС: полоса воспроизводимых частот, чувствительность, коэффициент гармоник, мощность.
Полоса воспроизводимых частот (FrequencyResponse) - это амплитудно-частотная зависимость звукового давления, или зависимость звукового давления (силы звука) от частоты переменного напряжения, подводимого к катушке динамика. Полоса частот, воспринимаемых ухом человека, находится в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Колонки, как правило, имеют диапазон, ограниченный в области низких частот 40 - 60 Гц. Решить проблему воспроизведения низких частот позволяет использование сабвуфера.
Чувствительность звуковой колонки (Sensitivity) характеризуется звуковым давлением, которое она создает на расстоянии 1 м при подаче на ее вход электрического сигнала мощностью 1 Вт. В соответствии с требованиями стандартов чувствительность определяется как среднее звуковое давление в определенной полосе частот.
Чем выше значение этой характеристики, тем лучше АС передает динамический диапазон музыкальной программы. Разница между самыми «тихими» и самыми «громкими» звуками современных фонограмм 90 - 95 дБ и более. АС с высокой чувствительностью достаточно хорошо воспроизводят как тихие, так и громкие звуки.
Коэффициент гармоник (Total Harmonic Distortion - THD) оценивает нелинейные искажения, связанные с появлением в выходном сигнале новых спектральных составляющих. Коэффициент гармоник нормируется в нескольких диапазонах частот. Например, для высококачественных АС класса Hi-Fi этот коэффициент не должен превышать: 1,5% в диапазоне частот 250 - 1000 Гц; 1,5 % в диапазоне частот 1000 - 2000 Гц и 1,0 % в диапазоне частот 2000 - 6300 Гц. Чем меньше значение коэффициента гармоник, тем качественнее АС.
Электрическая мощность (Power Handling), которую выдерживает АС, является одной из основных характеристик. Однако нет прямой взаимосвязи между мощностью и качеством воспроизведения звука. Максимальное звуковое давление зависит скорее, от чувствительности, а мощность АС- в основном определяет ее надежность.
Часто на упаковке АС для ПК указывают значение пиковой мощности акустической системы, которая не всегда отражает реальную мощность системы, поскольку может превышать номинальную в 10 раз. Вследствие существенного различия физических процессов, происходящих при испытаниях АС, значения электрических мощностей могут отличаться в несколько раз. Для сравнения мощности различных АС необходимо знать, какую именно мощность указывает производитель продукции и какими методами испытаний она определена.
Некоторые модели колонок фирмы Microsoft подключаются не к звуковой карте, а к порту USB. В этом случае звук поступает на колонки в цифровом виде, а его декодирование производят небольшой Chipset, установленный в колонках.
Вопросы для самоконтроля:
Состав звуковой подсистемы ПК;
Модуль записи и воспроизведения;
Модуля синтезатора;
Модуль интерфейсов;
Модуль микшера;
Принцип работы и технические характеристики акустических систем. Программное обеспечение;
Форматы звуковых файлов;
Средства распознавания речи.
Практическая работа 8. Звуковая система ПК
Студент должен:
иметь представление:
о звуковой системе ПК
знать:
принципы обработки звуковой информации;
состав звуковой подсистемы ПК;
основные характеристики звуковых плат
уметь:
подключать и настраивать звуковые подсистемы ПК;
производить запись звуковых файлов.
Раздел 7. Устройства вывода информации на печать
Тема 7.1 Принтер
Студент должен:
иметь представление:
об устройствах вывод информации на печать
знать:
принцип работы устройств вывода информации на печать матричного принтера. Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
принцип работы устройств вывода информации на печать струйного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики;
принцип работы устройств вывода информации на печать лазерного принтера Основные узлы и особенности эксплуатации, технические характеристики.
Общие характеристики устройств вывода на печать. Классификация печатающих устройств. Принтеры ударного типа: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
^ Струйные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Лазерные принтеры: принцип действия, механические узлы, особенности работы, технические характеристики, правила эксплуатации. Основные современные модели.
Методические указания
Принтеры
- устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы и фиксирующие эти символы на бумаге.
Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду характеристик:
способу формирования символов (знакопечатающие и знак о синтезирующие);
цветности (черно-белые и цветные);
способу формирования строк (последовательные и параллельные);
способу печати (посимвольные, построчные и постраничные)
скорости печати;
разрешающей способности.
При работе в текстовом режиме принтер принимает от компьютера коды символов, которые необходимо распечатать из знаки генератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в ROM принтера и считываются только оттуда.
Для печати текстовой информации существуют режимы печати, обеспечивающие различное качество:
черновая печать (Draft);
типографское качество печати (NLQ - Near Letter Quality);
качество печати, близкое к типографскому (LQ - Letter Quality);
высококачественный режим (SQL - Super Letter Quality).
По способу нанесения изображения на бумагу принтеры подразделяются на принтеры ударного действия, струйные, фотоэлектронные и термические.
Лекция №6. Звуковоспроизводящие системы
1. Основные компоненты звуковой подсистемы ПК.
2. Принципы обработки звуковой информации.
Основные компоненты звуковой подсистемы ПК.
Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического средства информатизации.
Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:
· запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источников, например, микрофона или магнитофона, путем преобразования входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и последующего сохранения на жестком диске;
· воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (наушников);
· воспроизведение звуковых компакт-дисков;
· микширование (смешивание) при записи или воспроизведении сигналов от нескольких источников;
· одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex);
· обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;
· обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3D-Sound) звучания;
· генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;
· управление работой внешних электронных музыкальных инструментов через специальный интерфейс MIDI.
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, а также устройства записи и воспроизведения аудиоинформации (акустическую систему). Отдельные функциональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.
Классическая звуковая система, как показано на рис. 1, содержит:
Модуль записи и воспроизведения звука;
Модуль синтезатора;
Модуль интерфейсов;
Модуль микшера (обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими устройствами – как внешними, так и внутренними.);
Акустическую систему.
Рис. 1. Структура звуковой системы ПК.
Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на звуковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля синтезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной микросхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содержать как несколько, так и одну микросхему.
Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпевают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.
Звуковое оборудование и программы.
За воспроизведение и запись звука в компьютерах отвечают специальные звуковые адаптеры. Звуковой адаптер содержит еще один специализированный процессор, тем самым освобождая основной процессор от функций по управлению воспроизведением звука. С помощью звукового адаптера можно записывать звуковую информацию, воспроизводить речь и музыку. Также современные звуковые платы позволяют производить обработку звука, монтаж музыкальных композиций. Кроме закодированного с заданной частотой дискретизации любого звука, возможно воспроизведение музыки, создаваемой по командам компьютера. Число голосов – параметр звуковой карты, определяющей максимальное количество одновременно синтезируемых звуков. Основным направлением развития современных звуковых плат является поддержка объемного звука. В этом случае появляется возможность позиционирования источников звука в пространстве. Для воспроизведения объемного звука необходимо не менее двух акустических систем. Однако для получения лучшего эффекта от объемного звучания лучше использовать четыре колонки – две спереди и две сзади.
Подавляющее большинство современных компьютеров оборудовано звуковой картой. Хорошие звуковые платы Sound Blaster Audigy различных версий выпускает фирма Creative. Вместе с тем в настоящее время многие материнские платы поддерживают качественный шестиканальный звук.
Чрезвычайно важно для получения качественного звука иметь хорошие акустические системы. Современные звуковые платы имеют цифровой выход SPDIF, позволяющий подключиться к бытовой технике. Однако часто более удобно использовать для компьютера собственную акустику. При использовании компьютера для просмотра видеофильмов, записанных на DVD, обязательно следует использовать современную акустическую систему из пяти колонок и сабвуфера.
Для того чтобы создавать собственные музыкальные произведения может понадобиться специальная клавиатура, подключаемая к интерфейсу MIDI. Музыкальные клавиатуры, подключаемые к звуковой карте, различаются количеством октав (обычно от трех до семи), а также количеством клавиш и их размером. Наиболее известными производителями являются фирмы Korg, Roland, Yamaha. Неплохие любительские клавиатуры выпускает фирма Casio.
Для качественной записи голоса нужно использовать соответствующие микрофоны. Простые компьютерные микрофоны не обеспечивают высокое качество звука. Кроме того, микрофонный вход большинства звуковых плат также не обладают хорошим качеством. Поэтому рекомендуется использовать микрофонный усилитель, который подключается к линейному входу звуковой платы. Микрофонный усилитель обеспечит подключение двух микрофонов, что позволит записывать стереофонический звук.
В последнее время широкое распространение получили миниатюрные цифровые проигрыватели, хранящие музыку в формате МР3. Музыка с компьютера записывается в память такого устройства, после чего ее можно прослушать в любом месте через наушники.
В качестве дополнительного источника звука для компьютера может рассматриваться компьютерный радиоприемник. Он может быть реализован в качестве дополнительной платы, а может подключаться к порту USB.
Конечно, работа со звуком на компьютере немыслима без специальных программ. Простейшие программы для работы со звуком включены в состав всех версий Windows. С их помощью вы можете настроить громкость разных источников звука, установить чувствительность микрофона и линейного входа. Кроме того, вы можете записать небольшой звуковой фрагмент, выполнить с ним простые преобразования и записать результат в файл. Также в Windows включены средства проигрывания компакт-дисков и мультимедийных файлов. Вы можете записывать музыку на цифровые плееры, прослушивать музыку из Интернета.
При использовании музыкальной клавиатуры требуется работа со звуком в реальном масштабе времени. Наиболее мощной такой программой является Cakewalk Home Studio, но можно обойтись и более простыми программами.
Для обработки звуков следует использовать звуковой редактор. Лучшими звуковыми редакторами являются программы Sound Forge и WaveLab. Для многоканального монтажа применяется редактор Cool Edit. Для создания и редактирования музыки, а также для добавления вокала к музыке, применяются программы, называемые секвенсорами MIDI и аудио. Лучшими программами этого класса являются Cakewalk Sonar и Cubase VST.
Пение караоке стало в последнее время достаточно популярным. Существуют несколько программ для создания файлов караоке и для их воспроизведения. Достаточно удобна программа Karaoke GALAXY Maker, позволяющая создавать караоке. Для воспроизведения таких файлов используют программы Karaoke GALAXY Player или vanBasco’s Karaoke Player.
1.3 Оснащение рабочего места………………………….
1.4 Правила техники безопасности при работе с СВТ и компьютерной сетью………………………………….
2 Выполнение индивидуального задания…………....
2.2 Описание и технические характеристики аудио-системы……………………………………………………
2.3 Принцип работы Звуковой системы ПК………..
2.4 Этапы настройки и конфигурирования
звуковой системы ПК………………………………………….
2.5 Инструменты для диагностики и ремонта Звуко-вой системы………………………………………………
2.6 Виды неисправностей звуковой системы ПК и их устранение……………………………………………………
3 Работа с компьютерной сетью…………………….
3.1 Описание места прокладки сети и
имеющегося оборудования…………………………………….
3.2 Проектирование компьютерной сети и выбор оборудования……………………………………………………..
3.3 Этапы монтажа и настройки компьютерной се-ти…………………………………………………………………………
3.4Способы и инструменты тестирования сети
Список литературы……………………………………..
Приложение A Устройство и принцип работы Звуко-вой системы ПК………………………………………………
Приложение Б Анализ финансовых затрат на
ремонт аудиосистемы…………………..…………………….
Приложение В Проект компьютерной сети в
программе компас………………………………………………
Приложение Г Анализ финансовых затрат на
создание компьютерной сети………………………………..
Приложение Д Скриншот схемы сети и листинг ко-манд настройки рабочих станций в программе CiscoPacket-Tracer……………………………………………………..
Приложение Е Листинг команд настройки
активного сетевого оборудования в программе CiscoPack-etTracer……………………………………………………..
Приложение Ж Скриншот схемы виртуальных сетей и листинг команд настройки VLAN в программе CiscoPack-etTracer. …………………………………………….
Введение
Производственная практика проходит по модулю ПМ 03 « Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов».
Местом прохождение практики является предприятие «ОООТелКом». Практика проходит в подразделении монтажа и прокладки оптоволоконных сетей.
Целью прохождения практики является приобретение практических навыков в процессе прокладки сети, обслужива-нии ПК и периферийных устройств.
Задачи практики:
изучение структуры предприятия идолжностной инст-рукции по правилам распорядка;
ознакомление с оснащением рабочего места и прави-лами техники безопасности при работе с СВТ и компьютер-ной сетью;
выполнение индивидуального задания;
развитие практических навыков по прокладке сетей и обслуживании ПК.
Тема индивидуального задания - Звуковая система ПК.
Эта тема актуальна потому что, это устройство ис-пользуется на всех ПК, и служит для воспроизведения звука. Как и все другие устройства звуковая система может выхо-дить из строя. На предприятии «ООО ТЕЛКОМ» потребуется исправить неисправности звуковой системы, если таковые имеются.
Методы выполнения практики:
наблюдение за процессомработы звуковой системы ПК;
анализ неисправностей звуковой системы ПК;
прогнозирование возможных неисправностей;
практическая работа по устранению неисправностей в звуковой системе ПК;
проектирование сети;
эксперимент по прокладке оптоволоконных сетей.
1 Общая часть
1.1 Структура предприятия
1.2 Должностная инструкция и правила техника- программиста.
1.2.1 Техник-программист должен знать:
Рабочие программы, инструкции, макеты и другие руко-водящие материалы, определяющие последовательность и технику выполнения расчетных операций;
- технологию механизированной и автоматизированной обработки информации;
- методы проектирования механизированной и автома-тизированной обработки информации;
- средства вычислительной техники, сбора, передачи и обработки информации и правила их эксплуатации;
- виды технических носителей информации, правила их хранения и эксплуатации;
- действующие системы счислений, шифров и кодов;
- методы проведения расчетов и вычислительных работ, а так же расчета выполненных работ;
- правила и нормы охраны труда;
- правила внутреннего трудового распорядка;
- основные формализованные языки программирования;
- основы программирования.
1.2.2 Техник-программист исполняет следующие должно-стные обязанности:
Выполнение подготовительных операций, связанных с осуществлением вычислительного процесса, ведение наблю-дения за работой машин;
-выполнение работы по подготовке технических носите-лей информации, обеспечивающих автоматический ввод дан-ных в вычислительную машину, по накоплению и систематиза-ции показателей нормативного и справочного фонда, разра-ботке форм исходящих документов, внесению необходимых изменений и своевременному корректированию рабочих про-грамм;
-ведение учета использования машинного времени, объе-мов выполненных работ;
-выполнение отдельных служебных поручений своего не-посредственного руководителя;
-участие в проектировании систем обработки данных и систем математического обеспечения машины;
-участие в выполнении различных операций технологиче-ского процесса обработки информации (прием и контроль входной информации, подготовка исходных данных, обработка информации, выпуск исходящей документации и передача ее заказчику);
-составление простых схем технологического процесса обработки информации, алгоритм решения задач, схем комму-тации, макетов, рабочих инструкций и необходимые пояснения к ним;
-разработка программ по решению простых задач, прове-дение их отладки и экспериментальной проверки отдельных этапов работ.
1.2.3 Техник-сетевик имеет право обращаться к руково-дству предприятия:
С требованиями оказания содействия в исполнении сво-их должностных обязанностей и прав;
- с предложениями по совершенствованию работы, свя-занной с обязанностями, предусмотренными настоящей инст-рукцией;
- с сообщениями в пределах своей компетенции о всех вы-явленных в процессе осуществления своих должностных обя-занностей недостатках в деятельности центра (его струк-турных подразделениях) и вносить предложения по их устра-нению.
Запрашивать лично или по поручению непосредственного руководителя от руководителей подразделений центра и спе-циалистов информацию и документы, необходимые для выпол-нения своих должностных обязанностей.
Привлекать специалистов всех (отдельных) структур-ных подразделений к решению возложенных на него задач (если это предусмотрено положениями о структурных подразделе-ниях, если нет - с разрешения начальника ВЦ (ИВЦ).
1.2.4 Рабочее время и время отдыха
Нормальная продолжительность рабочего времени рабо-чих и служащих не может превышать 40 часов в неделю. По мере создания экономических и других необходимых условий бу-дет осуществляется переход к более сокращенной рабочей недели.
Для рабочих и служащих устанавливается пятидневная рабочая неделя с двумя выходными. При пятидневной рабочей недели продолжительность ежедневной работы определяется правилами внутреннего распорядка труда. На нашем предпри-ятии рабочий день с 8-00 до 17-00 – для работников и ИТР.
Рабочим и служащим предоставляется перерыв на обед для отдыха и питания продолжительностью не менее 1 часа. Перерыв не включается в рабочее время.
Накануне праздничных дней продолжительность работы рабочих, служащих сокращается на один час. Сверхурочные ра-боты, как правило, не допускаются.
1.3 Программное Оснащение рабочего места
Компания ООО «ТелКом» предоставляет каждому сту-денту на производственной практике свою собственную ма-шину, за которой выполняется своеобразная работа для каж-дого человека.
На данном предприятии ООО «ТелКом» используются ряд программ, например такие как:
Рисунок 1 – Общий вид программы ООО «ТелКом»
(по абонентам города Коркино)
В данной программе, мы видим, что на каждый день со-ставляется оператором «открытые наряды», которые рабо-чие должны выполнить в течении дня.
В каждом окошке содержится общая информация:
- время, в которое было оговорено прибыть на место подключения;
- ФИО подключаемого абонента;
- место жительства;
- сотовый номер.
С помощью данной информации, монтажники должны вы-полнить в договоренное время подключение.
Следующая программа, которая используется на пред-приятии, связана с главным сервером ООО «ТЕЛКОМ» осуще-ствляет постоянный мониторинг доступности и быстродей-ствия серверов. В случае ошибок и сбоев в работе сервера, HostMonitor предупреждает администратора (или же пытает-ся исправить проблему самостоятельно). В программе исполь-зуются 60 методов тестирования, присутствует большое ко-личество настроек. Кроме того, HostMonitor позволяет созда-вать детализированные логи в различных форматах (Text, HTML, DBF и ODBC), имеется встроенный редактор отчетов, удобный и понятный интерфейс и т.д. В новой версии улучше-на работа HostMonitor, LogAnalyzer, RemoteControlConsole, RMA Manager, WebService и MIB Browser
Рисунок 2 – Общий вид программы KS-HostMonitor
В программе KS-HostMonitor, для того чтобы осуществ-лять постоянный мониторинг доступности и быстродействия серверов, необходимо создать базу для каждого района, и внести с помощью IPадреса доступ к каждому коммутатору, который будет именоваться как адрес его нахождения (напри-мер «Терешковой 12», «Калинина 14», и т.д).
Следующая программа, подключается к главной базе дан-ных по IPадресу, и содержит информацию о абонентах, кото-рые подключены.
Рисунок 3 – Общий вид программы «Korkino2»
В программе содержится полностью вся информация о подключенных абонентах, такая как: логин, ФИО, № лицевого счёта, личный IPадрес, баланс и т.д.
1.4 Правила техники безопасности при работе с СВТ и компьютерной сетью
1.4.1 Требования безопасности перед началом работы
Перед началом работы следует убедиться в исправности электропроводки, выключателей, штепсельных розеток, при помощи которых оборудование включается в сеть, наличии заземления компьютера, его работоспособности. В случае неисправностей сообщить начальнику организации.
1.4.2 Требования безопасности во время работы
Для снижения или предотвращения влияния опасных и вредных факторов необходимо соблюдать санитарные прави-ла и нормы. Во избежание повреждения изоляции проводов и возникновения коротких замыканий не разрешается: вешать что-либо на провода, закрашивать и белить шнуры и провода, закладывать провода и шнуры за газовые и водопроводные трубы, за батареи отопительной системы, выдергивать штепсельную вилку из розетки за шнур, усилие должно быть приложено к корпусу вилки.
Для исключения поражения электрическим током запре-щается: часто включать и выключать компьютер без необхо-димости, прикасаться к экрану и к тыльной стороне блоков компьютера, работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудовании мокрыми руками, работать на средствах вычислительной техники и периферийном оборудо-вании, имеющих нарушения целостности корпуса, нарушения изоляции проводов, неисправную индикацию включения пита-ния, с признаками электрического напряжения на корпусе, класть на средства вычислительной техники и периферийном оборудовании посторонние предметы.
Запрещается под напряжением очищать от пыли и за-грязнения электрооборудование.
Запрещается проверять работоспособность электро-оборудования в неприспособленных для эксплуатации помеще-ниях с токопроводящими полами, сырых, не позволяющих за-землить доступные металлические части.
Недопустимо под напряжением проводить ремонт средств вычислительной техники и периферийного оборудова-ния. Ремонт электроаппаратуры производится только спе-циалистами-техниками с соблюдением необходимых техниче-ских требований.
Во избежание поражения электрическим током, при поль-зовании электроприборами нельзя касаться одновременно ка-ких-либо трубопроводов, батарей отопления, металлических конструкций, соединенных с землей.
При пользовании электроэнергией в сырых помещениях соблюдать особую осторожность.
1.4.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях
При обнаружении неисправности немедленно обесточить электрооборудование, оповестить администрацию. Продол-жение работы возможно только после устранения неисправно-сти.
При обнаружении оборвавшегося провода необходимо не-медленно сообщить об этом администрации, принять меры по исключению контакта с ним людей. Прикосновение к проводу опасно для жизни.
Во всех случаях поражения человека электрическим то-ком немедленно вызывают врача. До прибытия врача нужно, не теряя времени, приступить к оказанию первой помощи по-страдавшему.
Искусственное дыхание пораженному электрическим то-ком производится вплоть до прибытия врача.
На рабочем месте запрещается иметь огнеопасные ве-щества
В помещениях запрещается:
зажигать огонь;
включать электрооборудование, если в помещении пах-нет газом;
курить;
сушить что-либо на отопительных приборах;
закрывать вентиляционные отверстия в электроаппа-ратуре.
Источниками воспламенения являются:
искра при разряде статического электричества;
искры от электрооборудования;
искры от удара и трения;
открытое пламя.
При возникновении пожароопасной ситуации или пожара персонал должен немедленно принять необходимые меры для его ликвидации, одновременно оповестить о пожаре админи-страцию.
1.4.4 Требования безопасности по окончании работы
После окончания работы необходимо обесточить все средства вычислительной техники и периферийное оборудо-вание. В случае непрерывного производственного процесса не-обходимо оставить включенными только необходимое обору-дование.
2Выполнение индивидуального
задания
2.1 Понятие и компоненты звуковой системы ПК
Звуковая система ПК конструктивно представляет со-бой звуковые карты, либо устанавливаемые в слот материн-ской платы, либо интегрированные на материнскую плату или карту расширения другой подсистемы ПК. Отдельные функ-циональные модули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.
Звуковая система персонального компьютера служит для воспроизведения звуковых эффектов и речи, сопровождающей воспроизводимую видеоинформацию.
Включает в себя:
модуль записи/воспроизведения;
синтезатор;
модуль интерфейсов;
микшер;
акустическую систему.
Рисунок 4 -Структура звуковой системы ПК
Компоненты звуковой системы (исключая акустическую систему) конструктивно оформляются в виде отдельной зву-ковой платы или частично реализуются в виде микросхем на материнской плате компьютера.
1. Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобра-зования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (DirectMemoryAccess- канал прямо-го доступа к памяти).
2. Электромузыкальный цифровой синтезатор звуковой системы позволяет генерировать практически любые звуки, в том числе звучание реальных музыкальных инструментов.
3. Модуль интерфейсов обеспечивает обмен данными ме-жду звуковой системой и другими внешними и внутренними устройствами.
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 разъе-ма для Подключения джойстиков.
4. Модуль микшера звуковой карты выполняет:
коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов, а также регулирование их уров-ня;
микширование (смешивание) нескольких звуковых сигна-лов и регулирование уровня результирующего сигнала.
Программное управление микшером осуществляется ли-бо средствами Windows, либо с помощью программы-микшера, поставляемой в комплекте с программным обеспечением зву-ковой карты.
5. Акустическая система (АС) непосредственно преобра-зует звуковой электрический сигнал в акустические колебания и является последним звеном звуковоспроизводящего трак-та.В состав АС, как правило, входят несколько звуковых коло-нок, каждая из которых может иметь один или несколько дина-миков.
Количество колонок в АС зависит от числа компонентов, составляющих звуковой сигнал и образующих отдельные зву-ковые каналы.
2.2 Описание и технические характеристики звуко-вой системы ПК
Рисунок 5 – Звуковая карта Creative SB 5.1 VX
Характеристики звуковой карты:
Общие характеристики.
Тип – внутренняя;
Тип подключения – PCI;
Необходимость дополнительного питания – нет;
Возможность вывода многоканального звука – есть;
Звуковые характеристики.
Разрядность ЦАП – 24 бит;
Максимальная частота ЦАП (стерео)- 96 кГц;
Аналоговые входы.
Входных аналоговых каналов – 2;
Входных разъемов jack 3.5 мм – 1;
Микрофонных входов – 1;
Аналоговые выходы.
Выходных аналоговых каналов – 6;
Выходных аналоговых разъемов – 3;
Поддержка стандартов.
Поддержка EAX - v. 2;
Поддержка ASIO – нет.
Рисунок 6 – Акустическая система
Ritmix SP-2025
Характеристики.
Управление - регулятор громкости, кнопка вкл./выкл. Питания;
Диапазон воспроизводимых частот - 210 - 20 000 Гц;
Мощность звука (динамики) - 5 Вт (RMS);
Диаметр излучателя - 51 x 102 мм;
Питание - сеть 220 В;
Выходы - 3,5 мм (на наушники);
Размеры - 79 x 86 x 210 мм;
Вес - 673 г
2.3 Принцип работы звуковой системы ПК
Принцип работы звуковой системы ПК заключается в следующих этапах.
1. Модуль записи и воспроизведения звука.
Звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме.
Если при записи звука пользуются микрофоном, который преобразует непрерывный во времени звуковой сигнал в непре-рывный во времени электрический сигнал, получают звуковой сигнал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота - высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной ин-формации о звуке напряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать частоте колебаний звукового дав-ления.
На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуко-вой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем, что ПК оперирует только цифровыми сигналами, аналоговый сиг-нал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем аку-стическая система, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обработки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый.
Аналого-цифровое преобразование осуществляется спе-циальным электронным устройством - аналого-цифровым преобразователем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразуются в последовательность чисел. Полу-ченный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как по-лезные, так и нежелательные высокочастотные помехи, для фильтрации которых полученные цифровые данные пропуска-ются через цифровой фильтр.
Цифроаналоговое преобразование в общем случае проис-ходит в два этапа. На первом этапе из потока цифровых дан-ных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) вы-деляют отсчеты сигнала, следующие с частотой дискрети-зации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сгла-живания (интерполяции) формируется непрерывный аналого-вый сигнал с помощью фильтра низкой частоты, который по-давляет периодические составляющие спектра дискретного сигнала.
2. Синтез - компьютер посылает в звуковую карту нот-ную информацию, а карта преобразует ее в аналоговый сигнал (музыку). Существует два способа синтеза:
а) FrequencyModulation (FM) synthesis , при котором звук воспроизводит специальный синтезатор, который оперирует математическим представлением звуковой волны (частота, амплитуда, etc) и из совокупности таких искусственных звуков создается практически любое необходимое звучание.
Большинство систем, оснащенных FM-синтезом показы-вают очень неплохие результаты на проигрывании "компью-терной" музыки, но попытка симулировать звучание живых ин-струментов не очень хорошо удается. Ущербность FM-синтеза состоит в том, что с его помощью очень сложно (практически невозможно) создать действительно реалисти-ческую инструментальную музыку, с большим наличием высо-ких тонов (флейта, гитара, etc). Первой звуковой картой, ко-торая стала использовать эту технологию, был легендарный Adlib, который для этой целей использовал чип из синтеза Yamaha YM3812FM. Большинство Adlib-совместимых карт (SoundBlaster, ProAudioSpectrum) также используют эту тех-нологию, только на других более современных типах микро-схем, таких как Yamaha YMF262 (OPL-3) FM.
б) синтез по таблице волн (Wavetablesynthesis), при этом методе синтеза заданный звук "набирается" не из синусов ма-тематических волн, а из набора реально озвученных инстру-ментов - самплов. Самплы сохраняются в RAM или ROM звуко-вой карты. Специальный звуковой процессор выполняет опера-ции над самлами (с помощью различного рода математических преобразований изменяется высота звука, тембр, звук допол-няется спецэффектами).
Так как самплы - оцифровки реальных инструментов, они делают звук крайне реалистичным. До не давнего времени по-добная техника использовалась только в hi-end инструментах, но она становится все более популярной теперь. Пример попу-лярной карты, использующей WS GravisUltraSound(GUS).
3. MIDI. Компьютер посылает на MIDI-интерфейс специ-альные коды, каждый из которых обозначает действие, кото-рое должен произ вести MIDI-устройство (обычно это синте-затор) (General) MIDI - это основной стандарт большинства звуковых плат. Звуковая плата, самостоятельно интерпре-тирует, посылаемые коды и приводит им в соответствие зву-ковые самлы(илипатчи), хранящиеся в памяти карты. Количе-ство этих патчей в стандарте GM равно 128. На PC - совмес-тимых компьютерах исторически сложились два MIDI-интерфейса: UART MIDI и MPU-401. Первый рализован в SoundBlasters картах, второй использовался в ранних моделях Roland.
4. Блок интерфейса ISAили PCI
Интерфейс ISA в 1998 г. был вытеснен в звуковых картах интерфейсом PCI.
Интерфейс PCI обеспечивает широкую полосу пропуска-ния (например, версия 2.1 - более 260 Мбит/с), что позволяет передавать потоки звуковых данных параллельно. Использова-ние шины PCI позволяет повысить качество звука, обеспечив отношение сигнал/шум свыше 90 дБ. Кроме того, шина PCI обеспечивает возможность кооперативной обработки звуко-вых данных, когда задачи обработки и передачи данных распре-деляются между звуковой системой и CPU.
Рисунок 7 - Устройство и принцип работы.
2.4 Этапы настройки и конфигурирования Звуковой системы ПК
Звуковая карта может быть встроена в материнскую плату или отдельно устанавливаться в отдельный слот на мп.Настройка звуковой картыбудет произведена в 2 этапа.
1. Установка ПО.
Прежде всего надо установить драйвера. Конечно, скорее всего ОС Windows уже сама нашла и установила драйвера для звукового устройства, однако для получения доступа ко всему функционалу, а также для душевного спокойствия, установим пакет драйверов непосредственно от Realtek, Указанные здесь настройки проверялись на версии драйверов R2.67.Скачиваем драйвера, производим несложную процедуру установки (запус-тив HD_Audio/Setup.exe), перезагружаем компьютер. После за-грузки ОС в системном трее должен появиться коричневый значок динамика.
2. Настройка драйверов
Панель Управления Windows->Оборудование и звук->Звуки, убедившись, что наши наушники или динамики подключены в зеленое гнездо звуковой карты, отключаем все ненужные устройства, а наше подключенное устройство делаем устройством по умолчанию.
Когда настройка звуковой карты завершена можно под-ключать акустическую систему.
2.5 Инструменты для диагностики и ремонта
Звуковой системы ПК
Звуковая система ПК как и все другие компоненты ком-пьютера со временем выходят из строя. Для диагностики и ремонта Звуковой системы ПК необходимы следующие инст-рументы:
электрический паяльник;
Рисунок 8 – электрический паяльник
Паяльник - ручной инструмент, применяемый при луже-нии и пайке для нагрева деталей, флюса, расплавления припоя и внесения его в место контакта спаиваемых деталей. Рабо-чая часть паяльника, обычно называемая жалом, нагревается пламенем (например от паяльной лампы) или электрическим током.
С помощью паяльника можно припаивать неисправные компоненты на звуковой карте или припаивать проводки кабе-ля к штекеру.
Изолента -предназначенная для электрической изоля-ции токоведущих частей.
Изолентой обматывают кабель где проходила пайка.
Рисунок 9 - изолента
Отвертки – служат для демонтажа и монтажа звуковой карты, и акустической системы.
Рисунок 10 – отвертки
BIOS – базовая система вводавывода. Можно настро-ить подключение звуковой карты.
провода и штекеры – служат для замены неисправных проводов и штекеров.
Рисунок 11 – провода и штекеры
мультиметр;
Рисунок 9 – Мультиметр
Мультиметр служит для измерения контрольных пара-метров.
2.6 Виды неисправностей звуковой системы и их устранение
1. Неисправности звуковой картыочень распространен-ное явления, эта поломка возникает очень легко, но устранить ее очень не просто, так как причина возникновения в от-сутствии звука может скрываться в самых неожиданных мес-тах компьютера.
a) При включении системного блока, отсутствуют звуковых сигналы. Причины поломки и как устранить:
проверить правильность подключения колонок к разъе-му звуковой карты и подключения к сети питания самих коло-нок.
отсутствие драйверов и аппаратная не совмести-мость программ может привести к программной ошибке или сбою в работе звуковой карты, здесь необходимо проверить программное и аппаратную совместимость звуковой карты с остальным оборудованием в диспетчере устройств системы и при необходимости удалить конфликтные программы и ус-тановить необходимые драйвера.
неисправность звуковой карты может сопровождаться вышедшими из строя элементами и деталями звуковой карты, например сам выход звуковой карты или отошла пайка на са-мой дорожке, которые необходимо пропаять.
звуковая карта, тем более если она встроенная, может попросту отключена в Биосе, которую необходимо включить.
очень часто встроенная звуковая карта попросту вы-горает, и ее заменяют на внешнюю или внутреннюю, при их подключении необходимо отключить встроенную звуковую карту в БИОСе, это необходимо для того чтобы не было ап-паратной ошибки в работе системного блока.
б)От колонок идет гул и непонятный фон - неисправны штекера подключения, которые необходимо пропаять или за-менить, со временем теряется емкость конденсаторов на звуковой карте и в блоке предварительного усиления сигнала самих колонок.
в) От колонок идут не понятные прерывистые звуки и посторонние шумы - в этом случае, отсутствуют необходи-мые звуковые кодеки. Которые, необходимо заменить или об-новить через необходимое программное обеспечение.
2.Неисправности акустических систем.
Акустические системы, особенно недорогие и от неиз-вестных производителей, не выдерживают длительной экс-плуатации на предельной мощности, так как их встроенный блок питания рассчитан на номинальную нагрузку, а такая на-грузка создается при громкости звука около 80% от макси-мальной. Поэтому, естественно, что при эксплуатации сис-темы на максимальной громкости, блок питания испытывает повышенные нагрузки, а это вызывает перегрев элементов схемы, и, как следствие, их повреждение.
Довольно часто причиной искажений звука становятся механические регуляторы громкости. "Вычислить" такой ре-гулятор просто, достаточно прибавить или убавить гром-кость звука, возникающие в это время хрипы и трески будут свидетельством того, что рабочая часть регулятора изно-шена, такой регулятор необходимо заменить аналогичным.
При эксплуатации на максимальной громкости может пе-регореть обмотка катушки динамика, такой громкоговори-тель придется заменить, также подлежат замене динамики со значительными повреждениями диффузора, если повреждение небольшое и диффузор из бумаги, можно попытаться его за-клеить кусочком ватмана.
При эксплуатации динамиков на большой мощности про-исходит обрыв проводника соединяющего внешнюю клемму громкоговорителя с клеммой его диффузора, в этом случае все ремонтируется обычной пайкой.
Часто причиной неисправности становятся обрывы про-водов возле штекеров подключения, причем изоляция этих про-водов в большинстве случаев остается цела, что затрудняет диагностику. "Вызвонить" такое повреждение можно при по-мощи мультиметра, если он у вас отсутствует, то можно воспользоваться батарейкой и обычной лампочкой из фонари-ка, для этого один контакт лампочки соединяется с батарей-кой напрямую, а второй контакт присоединяется к батарейке через проверяемый кабель, ну а дальше все понятно - лампочка загорелась кабель целый не загорелась - поврежден. В случае повреждения желательно такой кабель заменить, ведь как мы знаем повреждение кабелей наиболее часто происходит очень близко к разъему, хотя можно попытаться исправить и это. Для этого потребуется очистить штекер от покрывающей его пластмассы, припаять к нему проводки кабеля заново, за-тем все это тщательно замотать изолентой.
3 Работа с компьютерной сетью
3.1 Описание места прокладки компьютерной сети и имеющегося оборудования
Место прокладки сети 2 этаж здания суши-бар «Саму-рай» по ул. Цвилинга 21.
Данный этаж содержит одну комнату, размер комнаты: длина комнаты 5,10 метров. Ширина комнаты 3 метра. Высо-та комнаты 3,1 метра. Площадь комнаты составляет 20 квадратных метра.
В комнате имеется: одно окно, одна дверь, 4 лампы уста-новленных в навесном потолке, две батареи, один стула, шкаф, диван, холодильник, компьютерный стол.
Имеющееся оборудование:
- коммутаторD-LinkDES-1210-28/ME;
- кабельNETLANEC-UU002-5-PVC-GY,2 пары, Кат.5, внутренний;
- сетевые розетки для подключения кабеля RJ-45;
- кабель канал.
3.2 Проектирование компьютерной сети и выбор оборудования
При проектировании компьютерной сети использовалась топология сети – звезда, т.к.все компьютеры сети присоеди-нены к центральному узлу(коммутатору), образуя физический сегмент сети.
Тип кабеля, используемый при проектировании сети - эк-ранированная витая пара категории 5, обеспечивают пропуск-ную способность 100Мбит/с, предназначена для прокладки внутри помещения. К достоинствам данного кабеля можно от-нести его недорогую стоимость, однако при этом полностью соответствуя стандартам и доступностью.
Для защиты кабелейиспользовались кабель каналы, а также устанавливались боксы TDM на 6 модулей. Преимуще-ством данных боксов является:
- удобство монтажа на боковых и задней стенке корпуса выштампованы легко удаляемые вводы для кабеля, а разметка с указанием установочных размеров на задней стенке сделает монтаж более точным;
- специальный замок-защёлка позволяет фиксировать дверцу бокса в открытом положении;
- все шурупы, входящие в состав бокса, имеют универ-сальную шляпку. Она подходит как под крестовую, так и под плоскую отвёртку.
Коммутатор используемый при проектировании сети, был выбран D-LinkDES-1210-28/ME. Так как данный коммутатор обладает расширенным функционалом, и к тому же являются недорогим решением по созданию безопасной и высокопроизво-дительной сети.Отличительными особенностями данного коммутатора являются высокая плотность портов, оснащен 24 портами FastEthernet, а также 4 портами GigabitEthernet, включая 2 комбо-порта 1000Base-T/SFP, которые поддержива-ют как трансиверы SFP Gigabit, так и 100BASE-FX.
К преимуществам можно отнести: функцию управления широковещательным штормом, которая сводит к минимуму вероятность вирусных атак в сети, а так же функциюзерка-лирования портов, которая упрощает диагностику трафика, а также помогает администраторам следить за производи-тельностью коммутатора и изменять ее в случае необходи-мости.
Приложение В
3.3 Этапы монтажа и настройки компьютерной сети
При монтаже использовался Кабель NikoLan NKL 4700B-BK, который является качественным экранированным 4-х пар-ным кабелем со сплошной жилой и предназначен для внешней прокладки. Жесткая полиэтиленовая оболочка не боится ультрафиолета, устойчива к холоду вплоть до минус 60 гра-дусов, и внешним воздействиям.
При креплении кабеля, необходимо канцелярским ножом снять слой оплётки, под которой находится многожильный стальной трос. Далее с помощью шуруповерта и болта с шестигранной головкой наматываем на болт стальной трос, который при закручивании стянет основой кабеля, на этом монтаж закончен.
Далее необходимо обжать экранированную витую пару по стандарту, который используется на предприятии. Он выгля-дит вот так:
1 –белооранжевый;
2 – оранжевый;
3 –белосиний;
4 – зеленый;
5 – белозеленый;
6 – синий;
7 –белокоричневый;
8 – коричневый.
Перед обжатием кабеля, необходимо его подготовить. Для начала снимаем оплетку, аккуратно надрезая кабель. После удаляем экранированную пленку. И заключительным этапом будет расправить каждую жилу, чтобы она выглядела как струна, и по стандарту вставить в коннектор RJ-45, и об-жать обжимным инструментом.
После всех манипуляций с кабелем, необходимо настро-ить его на компьютере. Для того чтобы настроить необхо-димо задать свой личный IPадрес, маску подсети, основной шлюз, предпочитаемый шлюз, и альтернативный шлюз кото-рый у каждого абонента отличается от другого абонента, так как на каждого абонента выдается свой личный договор, в котором и содержится вся необходимая информация по на-стройке.
После выполненных шагов, замеряем скорость и пинг с помощью сайта www.speedtest.net, чтобы примерно всё соот-ветствовало заявленному тарифу.
3.4 Способы и инструменты тестирования компь-ютерной сети
3.4. 1 Использование тестеров
Наиболее объективным и простым способом тестирова-ния всех особенностей локальной сети является использова-ние разного рода тестеров. Они позволяют максимально ав-томатизировать и упростить процесс тестирования, поэто-му, если есть такая возможность, желательно применять именно этот способ.
Существуют разные варианты тестеров, отличающихся методами тестирования, количеством разнообразных тестов, а также способом выдачи результатов. От этих функций напрямую зависит стоимость тестирующего оборудования. На рынке существует достаточно много тестирующего обо-рудования от разных производителей, стоимость которого колеблется в широком диапазоне: от $50 до $20 000. По по-нятным причинам использовать дорогостоящее оборудование может себе позволить лишь серьезная фирма, предоставляю-щая профессиональные услуги по монтажу СКС. На практике при тестировании большей части создаваемых локальных се-тей с 30–50 компьютерами применяются простейшие тесте-ры, которые позволяют только проверять состояние кабель-ного сегмента, чего в 90 % случаев вполне достаточно.
Различают два основных вида тестеров: для тестирова-ния физических линий и сетевые анализаторы.
Тестеры для тестирования физических линий получили наибольшее распространение благодаря своей цене. Такой тестер способен определять неисправность кабельного сег-мента на физическом уровне, вплоть до определения места обрыва проводников. Кроме того, он может, например, про-тестировать волновое сопротивление линии или измерить скорость передачи данных, что позволяет определить исполь-зуемый сетевой стандарт или соответствие определенному стандарту. Покупку такого тестера может позволить себе даже небольшая фирма, что даст возможность быстро опре-делять и устранять неисправность в процессе эксплуатации локальной сети.
Сетевые анализаторы – дорогостоящее оборудование, приобретение которого могут себе позволить только сете-вые интеграторы. С помощью такого сетевого анализатора можно не только исследовать характеристики кабельной структуры, но и получить полную информацию о процессе, происходящем при прохождении сигнала от любого узла к лю-бому узлу, с определением проблемных сегментов и «узких мест». Кроме того, можно даже прогнозировать состояние сети в ближайшем будущем и пути решения или предотвраще-ния будущих проблем.
Внешний вид тестера, позволяющего оценить физиче-скую целостность кабельного сегмента любой длины, показан на рисунке 13.
Рисунок 13 - кабельный тестер с набором переходников
Хороший тестер позволяет оценить максимальное коли-чество параметров кабеля, для чего в комплекте с тестером часто идут разного рода переходники и вспомогательные ин-струменты. Например, используя соответствующие переход-ники, можно производить тестирование как коаксиальных сег-ментов, так и сегментов кабеля «витая пара». Что касается оптоволоконных линий, то оборудование для их тестирования имеет более сложную конструкцию и часто ориентировано только на тестирование оптоволокна.
Тестирование кабельного сегмента происходит разными способами, которые зависят от наличия доступа к кабелю. Один из способов заключается в следующем: конец обжатого кабеля подключается к разъему на тестере, а на второй конец устанавливается специальная заглушка. В результате тес-тер может проверить сопротивление каждого проводника, а также соответствие их подключению одному из стандартов. Использование данных о сопротивлении позволяет определить технические характеристики кабеля, а также выяснить расстояние до точки обрыва.
3.4.2 Использование программного способа
Когда возможности приобретения тестера нет, что часто происходит при монтаже офисной или «домашней» се-ти, целостность и качество кабельного сегмента можно про-верить и программным путем, используя, например, систем-ную утилиту ping.
Принцип работы этого метода крайне прост и сводится к тому, чтобы попытаться передать через кабель любые дан-ные.
Например, чтобы проверить сегмент коаксиального пу-ти, необходимо соединить им два компьютера и установить на них терминаторы. Далее нужно настроить IP-адресацию каждого компьютера, присвоив одному, например, IP-адрес 192.168.2.1, а второму – 192.168.2.2 с маской подсети 255.255.255.0. Затем на компьютере с адресом 192.168.2.1 сле-дует запустить командную строку, в которой ввести следую-щую команду: ping 192.168.2.2
Если в результате выполнения этой команды последует ответ "Ответ от 192.168.2.2: число байт=32 время < 1мс TTL=64", значит, кабельный сегмент физически цел.
Если же в результате выполнения команды на экране появится надпись "Превышен интервал ожидания для запроса", это будет свидетельствовать о том, что кабель имеет об-рыв или коннекторы обжаты неправильно.
Подобным образом можно производить тестирование любого кабеля, в том числе и кабеля «витая пара». В случае с кабелем «витая пара» подобного рода подключение возможно только для варианта кроссовер. Если же необходимо протес-тировать работоспособность кабеля типа патч-корд, его не-обходимо подключать к центральному узлу, например, комму-татору, а в паре с ним использовать заведомо рабочий кабель, который подключен ко второму компьютеру.
Заключение
В процессе прохождения производственной практики по ПМ 03. «Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов» были выполнены следующие задачи:
изучена структура предприятия ООО «ТЕЛКОМ» и ос-новные виды его деятельности;
изучена работа звуковой системы ПК, она заключается в 4 этапах.(Приложение А)
Рассмотрены этапы настройки и конфигурирования звуковой системы ПК, которые заключаются в двух этапах;
перечислены инструменты необходимые для диагно-стики и ремонта Звуковой системы ПК, к ним относятся: на-бор отверток, изолента, мультиметр, паяльник.
изучены виды неисправностей звуковой системы ПК и их устранение.
Таким образом, полученные на практике знания и сфор-мированные умения можно применять в будущей профессио-нальной деятельности
Список литературы
1. Стандарты по локальным вычислительным сетям: Справочник / В. К. Щербо, В. М. Киреичев, С. И. Самойленко; под ред. С. И. Самойленко. - М.: Радио и связь, 2005.
2. Практическая передача данных: Модемы, сети и про-токолы / Ф. Дженнингс; пер. с англ. - М.: Мир, 2000.
3. Сети ЭВМ: протоколы стандарты, интерфейсы / Ю. Блэк; пер. с англ. - М.: Мир, 1999.
4. Fast Ethernet / Л. Куинн, Р. Рассел. - BHV-Киев, 2007.
5. Коммутация и маршрутизация IP/IPX трафика / М. В. Кульгин, АйТи. - М.: Компьютер-пресс, 2001.
6. Волоконная оптика в локальных и корпоративных се-тях связи / А. Б. Семенов, АйТи. - М.: Компьютер-пресс, 1998.
7. Протоколы Internet. С. Золотов. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 2002.
8. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP. Крейг Хант; пер. с англ. - BHV-Киев, 2003.
9. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / Пятибратов и др. - ФИС, 2004.
10. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия поль-зователя / А. Марк Спортак и др.; пер. с англ. - Киев: Диа-Софт, 2006.
Приложение А
Устройство и принцип работы звуковой системы ПК
Приложение Б
Анализ финансовых затрат на ремонт аудиосис-темы
Приложение В
Проект компьютерной сети
Приложение Г
Анализ финансовых затрат на создание
компьютерной сети
Приложение Д
Скриншот схемы сети и листинг команд настройки рабочих станций в программе CiscoPacketTracer
Приложение Е
Листинг команд настройки
активного сетевого оборудования в программе Cisco-PacketTracer
Приложение Ж
Листинг команд настройки активного сетевого оборудования в CPT
Звуковая система компьютера состоит из звукового адаптера (звуковой карты) и электроакустических преобразователях звуковых колебаний (микрофона и звуковых колонок).
Звуковые карты выполняют следующие функции:
§ дискретизацию аналоговых сигналов с частотами 11,025 кГц, 22,05 и 44,1 кГц. Первая частота относится к 8 битовым картам, другие – к 16 битовым;
§ 8- или 16– битовое квантование, кодирование и декодирование с использованием линейной импульсно-кодовой модуляции (ИКМ);
§ одновременно производить запись и воспроизведение звуковой информации (режим Full duplex);
§ ввод сигналов через монофонический микрофон с автоматическим регулированием уровня входного сигнала;
§ ввод и вывод аудиосигналов через линейный вход/выход;
§ микширование (смешивание) сигналов от нескольких источников и выдача суммарного сигнала в выходной канал. В качестве источников используются:
а) аналоговый выход CD-ROM;
в) музыкальный синтезатор;
г) внешний источник, подключенный к линейному входу.
§ управление уровнем суммарного сигнала и сигнала каждого из каналов в отдельности;
§ обработка стереофонических сигналов;
§ синтез звуковых колебаний с использованием частотной модуляции (FM) и волновых таблиц (WT).
Звуковая карта должна использовать не более 13% ресурсов процессора ЭВМ при частоте дискретизации 44,1 кГц и не более 7% - при f g = 22,05 кГц. В звуковой карте осуществляется обработка аналоговых и цифровых сигналов. В соответствии со спецификацией АС-97 (Audio Codec 97 Component Specification ), разработанной фирмой Intel в 1997 году, обработка звуковых сигналов разделена между двумя устройствами:
звуковым кодеком (AC-audio codec ) и
цифровым контроллером (DC – digital controller ).
Аналоговая БИС должна располагаться вблизи звуковых соединителей ввода/вывода и как можно дальше от шумящих цифровых шин. Цифровая БИС располагается ближе к системной шине звуковой карты. Соединение этих микросхем осуществляется по унифицированной внутренней шине AC–link. В современных моделях РС эти микросхемы располагаются на системной плате компьютера. Расширенная модификация БИС звукового кодека дополнительно выполняет функции модема.
В упрощенном виде схема аудиосистемы РС может быть представлена следующим образом (рисунок 10.13). Микрофон (М) осуществляет преобразование акустических колебаний в электрический, а громкоговоритель (Гр.) преобразование электрических колебаний в акустические. Входной сигнал с микрофона усиливается, а с линейного входа подается непосредственно на аналого-цифровой преобразователь.
Рисунок 10.13 - Структура звуковой карты
Дискретный сигнал можно представить в виде произведения исходного сигнала U(t) и дискретизирующей последовательности P(t)
U д (t) = U(t)P(t) .
Дискретизирующая последовательность состоит из очень коротких импульсов. При теоретическом описании эта последовательность представляется δ – импульсами, которые следуют с частотой дискретизации f о = 1/Т о
P(t) = ∑ δ (t - nT o)
Временная диаграмма процесса дискретизации и квантования показана на рисунке 10.14
Синтез звуковых сигналов. Синтезатор предназначен для генерации звуков музыкальных инструментов, соответствующие определенным нотам, а также создавать „немузыкальные” звуки: шум ветра, выстрела и т.п.
Одна и та же нота, воспроизводимая на музыкальном инструменте, звучит по разному (скрипка, труба, саксофон). Это вызвано тем, что хотя определенной ноте соответствует колебание конкретной частоты, звуки различных инструментов, кроме основного тона (синусоиды), характеризуются наличием дополнительных гармоник – обертонов. Именно обертоны определяют тембровый окрас голоса музыкального инструмента.
Рисунок 10.14– Временная диаграмма оцифровки входного сигнала
Созданный с помощью музыкального инструмента звуковой сигнал состоит из трех характерных фрагментов – фаз. Так, например, при нажатии клавиши рояля амплитуда звука сначала быстро растет до максимума, а затем немного спадает (рисунке 10.15). Начальная фаза звукового сигнала называется атакой. Длительность атаки для различных музыкальных инструментов варьируется от единиц до десятков и даже сотен мс. После атаки начинается фаза „поддержки”, в течение которой звуковой сигнал имеет стабильную амплитуду. Слуховое ощущение высоты звука формируется как раз на стадии поддержки.
Далее следует участок с относительно быстрым затуханием уровня сигнала. Огибающая колебаний во время атаки, поддержки и затухания называется амплитудной огибающей. Различные музыкальные инструменты имеют разные амплитудные огибающие, тем не менее, отмеченные фазы характерны практически для всех музыкальных инструментов, за исключением ударных.
Для создания электронного аналога реального звука, т.е. для синтеза звука, необходимо воссоздать огибающие гармоник, из которых состоит реальный звук. Существует несколько методов синтеза. Одним из первых и наиболее изученных является аддитивный синтез. Звук в процессе синтеза формируется путем сложения нескольких исходных звуковых волн. Этот метод использовали еще в классическом органе. Специальной конструкцией клапанов при нажатии клавиши заставляли звучать сразу несколько труб. При этом звучащие трубы были настроены либо в унисон или в одну две октавы. При нажатии клавиши первыми начинали звучать короткие трубы, дающие высокие обертоны, затем вступала средняя секция и последними – басы.
При цифровом аддитивном синтезе отдельно формируется N гармоник с частотами от f 1 до f N и амплитудами от A 1 (t) до A N (t). Затем эти гармоники складываются.
Второй метод является разновидностью нелинейного синтеза. Для получения одного музыкального звука используется сигнал одного генератора. Гармоническую окраску получают в результате нелинейных искажений исходного сигнала. Для этого синусоидальный сигнал, формируемый генератором, управляемым кодом (ГУК) с амплитудой A 1 и частотой f 1 (рисунок 10.16 а) пропускают через нелинейный элемент с некоторой характеристикой К(х) (рисунок 10.16 б). Зная амплитуду сигнала A 1 и вид характеристики К(х) , можно вычислить спектр сигнала на выходе (рисунок 10.16 в).
Следующим широко распространенным методом является синтез на основе частотной модуляции (широко используется в ЭМИ фирмы Yamaha). При частотной модуляции осуществляется изменение частоты f 0 несущего колебания U(t) = Asin (2πf 0 + φ) по закону модулирующего колебания x (t). Выражения для частотно-модулированного колебание имеет вид
U(t) = Asin (ω o t + Δω∫dt),
Величина изменения частоты несущего колебания Δω 0 =2π f 0 называется девиацией частоты, аотношение отклонения Δf 0 частоты модулированного колебания к частоте модулирующего колебания f m называется индексом частотной модуляции m f = Δf 0 /f m . Изменяя индекс модуляции можно изменять спектр сигнала на выходе модулятора и тем самым достичь качества синтезируемого звука, близкого к естественному звучанию.
Выражения для частотно-модулированного колебание при синусоидальном модулирующем колебании x (t) = sin ω o t имеет вид
U(t) = Asin .
Спектр модулированных сигналов при различных индексах модуляции изображен на рисунке 10.17.
Профессиональные звуковые платы позволяют выполнять сложную обработку звука, обеспечивают стереозвучание, имеют собственное ПЗУ с хранящимися в нем сотнями тембров звучаний различных музыкальных инструментов. Звуковые файлы обычно имеют очень большие размеры. Так, трехминутный звуковой файл со стереозвучанием занимает примерно 30 Мбайт памяти. Поэтому платы Sound Blaster, помимо своих основных функций, обеспечивают автоматическое сжатие файлов.
Компоненты платы
Звуковая плата персонального компьютера содержит несколько аппаратных систем, связанных с производством и сбором аудиоданных, две основные аудиоподсистемы, предназначенные для цифрового «аудиозахвата», синтеза и воспроизведения музыки. Исторически подсистема синтеза и воспроизведения музыки генерирует звуковые волны одним из двух способов:
- через внутренний ЧМ-синтезатор (FM-синтезатор);
- проигрывая оцифрованный (sampled) звук.
Секция цифровой звукозаписи звуковой платы включает пару 16-разрядных преобразователей - цифроаналоговый (ЦАП) и аналого-цифровой (АЦП) и программируемый генератор частоты выборки, синхронизирующий преобразователи и управляемый центральный процессор. Компьютер передает оцифрованные звуковые данные к преобразователям или обратно. Частота преобразования обычно кратна (или часть от) 44.1 кГц.
Большинство плат использует один или более каналов прямого доступа к памяти, некоторые платы также обеспечивают прямой цифровой вывод, используя оптическое или коаксиальное подключение S/PDIF (цифровой звук в стандарте Sony/Philips Digital Interface).
Генератор звука, установленный на плате, использует процессор цифровых сигналов (Digital Signal Processor - DSP), который проигрывает требуемые музыкальные ноты, объединяя их считывание из различных областей звуковой таблицы с различными скоростями, чтобы получить требуемую высоту тона. Максимальное количество доступных нот связано с мощностью DSP-процессора и называется «полифонией» платы.
DSP-процессоры используют сложные алгоритмы, чтобы создать эффекты типа реверберации, хорового звучания и запаздывания. Реверберация создает впечатление, что инструменты играют в больших концертных залах. Хор используется, чтобы создать впечатление, что несколько инструментов играют совместно, тогда как фактически есть только один. Добавление запаздывания к партии гитары, например, может дать эффект пространства и стереозвучания.
Частотная модуляция
Первой широко распространенной технологией, которая используется в звуковых платах, является частотная модуляция (ЧМ), которая была разработана в начале 1970-х годов Дж. Чоунингом (Стэнфордский университет). ЧМ-сингезатор (FM-синтезатор) производит звук, генерируя чистую синусоидальную волну (несущая) и смешивая ее со вторым сигналом (модулятор). Когда эти две формы волны близки в частоте, создается волна сложной формы. Управляя несущей и модулятором, можно создавать различные тембры, или инструменты.
Каждый голос ЧМ-синтезатора требует минимум двух генераторов сигнала, обычно называемых «операторами». Разные конструкции ЧМ-синтезатора имеют различные степени управления параметрами оператора. Сложные системы ЧМ могут использовать четыре или шесть операторов на каждый голос, и операторы могут иметь корректируемые параметры, которые позволяют настроить скорости нарастания и угасания сигнала.
Yamaha была первой компанией, которая вложила капитал в исследования по теории Чоунинга, что привело к разработке легендарного синтезатора DX7. Специалисты Yamaha скоро поняли, что смешивание более широкого диапазона несущих и модуляторов позволяет создать более сложные тембры, приводя к реалистически звучащим инструментам.
Хотя системы ЧМ были осуществлены в аналоговом исполнении на ранних клавиатурных синтезаторах, в дальнейшем выполнение синтеза ЧМ было сделано в цифровой форме. Методы синтеза ЧМ очень полезны для того, чтобы создать выразительные новые звуки. Однако если цель синтезирующей системы состоит в том, чтобы воспроизвести звук некоторого существующего инструмента, это лучше делать в цифровой форме на основе выборок сигналов, как при синтезе с использованием звуковых таблиц (WaveTable synthesis).
Табличный синтез (WaveTable synthesis)
Чтобы создать звук, звуковая таблица использует не несущие и модуляторы, а выборки звуков реальных инструментов. Выборка - цифровое представление формы звука, произведенного инструментом. Платы, использующие ISA, обычно сохраняют выборки в ROM, хотя более новые РСI-из-делия используют основную оперативную память персонального компьютера, которая загружается при запуске операционной системы (например, Windows) и может включать новые звуки.
В то время как все звуковые платы ЧМ звучат аналогично, платы звуковых таблиц значительно отличаются по качеству. Качество звучания инструментов включает факторы:
- качество первоначальной записи;
- частота, на которой выборки были записаны;
- количество выборок, использованных для каждого инструмента;
- методы сжатия, использованные для сохранения выборки.
Большинство инструментальных выборок записаны в стандарте
16 бит и 44.1 кГц, но многие изготовители сжимают данные так, чтобы больше выборок или инструментов можно было записать в ограниченный объем памяти. Однако сжатие часто приводит к потере динамического диапазона или качества.
Когда аудиокассета воспроизводится слишком быстро или слишком медленно, ее высота звучания меняется, и это справедливо также для цифровой звукозаписи. Проигрывание выборки на более высокой скорости, чем ее оригинал, приводит к более высокому воспроизводимому звуку, позволяя инструментам играть более нескольких октав. Однако если некоторые тембры воспроизводятся быстро, они звучат слишком слабо и тонко; аналогично, когда выборка проигрывается слишком медленно, она звучит мрачно и неестественно. Чтобы преодолеть эти эффекты, изготовители разбивают клавиатуру на несколько областей и применяют соответствующие выборки звуков инструментов в каждой из них.
Каждый инструмент звучит с различным тембром в зависимости от стиля игры. Например, при мягкой игре на фортепьяно не слышен звук молоточков, бьющих по струнам. При более интенсивной игре мало того что звук становится более очевидным, но можно заметить также и изменения тона.
Для каждого инструмента должно быть записано много выборок и их разновидностей, чтобы синтезатор точно воспроизвел этот диапазон звука, а это неизбежно требует большего количества памяти. Типичная звуковая плата может содержать до 700 инструментальных выборок в пределах ROM 4 Мбайт. Точное воспроизведение фортепьяно соло, однако, требует от 6 до 10 Мбайт данных, вот почему нет никакого сравнения между синтезируемым и реальным звуком.
Обновление звуковой таблицы не всегда означает необходимость покупать новую звуковую плату. Большинство 16-разрядных звуковых плат имеет разъем, который может соединиться с дополнительной платой звуковой таблицы (daughterboard). Качество звучания инструментов, которые такие платы обеспечивают, значительно различается, и это обычно зависит от того, какой объем памяти расположен на плате. Большинство плат содержит от 1 до 4 Мбайт выборок и предлагает целый ряд цифровых звуковых эффектов.
Коннекторы звуковой платы
В 1998 года Creative Technology был выпущен очень успешный образец звуковой платы SoundBlaster Live!, ставший в дальнейшем стандартом де-факто.
Версия Platinum 5.1 карты Creative SoundBlaster Live!, которая появилась к концу 2000 года, имела следующие гнезда и соединители:
- аналого-цифровой выход: либо сжатый сигнал в формате Dolby АС-3 SPDIF с 6 каналами для подключения внешних цифровых устройств или динамиков цифровых систем, либо аналоговая система громкоговорителей 5.1;
- линейный вход - соединяется с внешним устройством типа кассетного, цифрового магнитофона, плеера и прочего;
- микрофонное гнездо - соединяется с внешним микрофоном для ввода голоса;
- линейный выход - соединяется с динамиками или внешним усилителем для аудиовывода или наушниками;
- соединитель джойстика/MlDI - соединяется с джойстиком или устройством MIDI и может быть настроен так, чтобы соединяться с обоими одновременно;
- CD/SPDIF соединитель - соединяется с выводом SPDIF (цифровое аудио), расположенном на дисководе DVD или CD-ROM;
- дополнительный аудиовход - соединяется с внутренними аудиоисточниками типа тюнера, MPEG или других подобных плат;
- соединитель аудиоCD - соединяется с аналоговым аудиовыводом на CD-ROM или DVD ROM, используя кабель аудиоCD;
- соединитель автоответчика - обеспечивает монофоническую связь со стандартным голосовым модемом и передает сигналы микрофона к модему.
- а - аудиоплата;
- б - блок Live! Drive.
Аудиорасширение (цифровой ввод-вывод) - соединяется с цифровой платой ввода-вывода (располагается в свободной нише накопителя на 5.25 дюймов, выходящей на переднюю панель компьютера), иногда называемой Live!Drive. Обеспечивает следующие соединения:
- гнездо RCA SPDIF - соединяется с устройствами цифровой звукозаписи типа цифровой ленты и мини-дисков;
- гнездо наушников - соединяется с парой высококачественных наушников, вывод динамика отключается;
- регулировка уровня наушников - управляет громкостью сигнала наушников;
- второй вход (линейный/микрофонный) - соединяется с высококачественным динамическим микрофоном или аудиоисточником (электрическая гитара, цифровое аудио или мини-диск);
- переключатель второго входа (линейный/микрофон);
- соединители MIDI - соединяются с устройствами MIDI через кабель Mini DIN-Standard DIN;
- инфракрасный порт (сенсор) - позволяет организовать дистанционное управление персональным компьютером;
- вспомогательные гнезда RCA - соединяются с оборудованием бытовой электроники (видеомагнитофон, телевизор или проигрыватель компакт-дисков);
- оптический вход-выход SPDIF - соединяется с устройствами цифровой звукозаписи типа цифровой ленты или минидисков.
Современные аудиокарты поддерживают также ряд стандартных возможностей моделирования, генерации и обработки звукового сигнала:
- DirectX - предложенная Microsoft система команд управления позиционированием виртуального звукового источника (модификации - DirectX 3.5, 6);
- A3D - разработанный в 1997 году NASA (National Aeronautics and Space Administration) и Aureal для использования в летных тренажерах стандарт генерации таких эффектов, как густой туман или подводные звуки. A3D2 позволяет моделировать конфигурацию помещения, в котором раздаются и распространяются звуки, вычисляя до 60 звуковых отражений (как в ангаре, так и в колодце);
- ЕАХ (Environmental Audio Extensions), предложенная Creative Technology в 1998 году модель добавления реверберации в A3D с учетом звуковых препятствий и поглощения звуков;
- MIDI (Musical Instrument Digital Interface), разработанный в 1980-х годов Команды по стандартному интерфейсу передаются в соответствии с MIDI протоколом. MIDI-сообщение содержит не запись музыки как таковой, а ссылки на ноты. В частности, когда звуковая карта получает подобное сообщение, оно расшифровывается (какие ноты каких инструментов должны звучать) и отрабатывается в синтезаторе. В свою очередь, персональный компьютер может через интерфейс MIDI управлять различными «интерактивными» инструментами. В Windows MIDI-файлы могут воспроизводиться специальной программой-проигрывателем MIDI-Sequencer. В этой области синтеза звука также имеется свой стандарт. Основным является стандарт МТ-32, разработанный фирмой Roland и названный в соответствии с одноименным модулем генерации звуков. Этот стандарт также применяется в звуковых картах LAPC и определяет основные средства для управления расположением инструментов, голосов, а также для деления на инструментальные группы (клавишные, ударные и так далее).
Формат сжатия звука МРЗ
Разработанный на основе исходного MPEG-1 стандарт МРЗ (сокращение от аудиоМРЕG, уровень 3) является одной из трех схем кодирования (Layer (уровень) 1 Layer 2 и Layer 3) для сжатия аудиосигналов. Общая структура процесса кодирования одинакова для всех уровней. Для каждого уровня определен свой формат записи битового потока и свой алгоритм декодирования. Алгоритмы MPEG основаны в целом на изученных свойствах восприятия звуковых сигналов слуховым аппаратом человека (то есть кодирование производится с использованием так называемой «психоакустической модели»). Поскольку человеческий слух не идеален и восприимчивость слуха на разных частотах, в разных композициях различная, этим пользуются при построении психоакустической модели, которая учитывает, какие звуки, частоты, можно исключить, не нанося ущерба слушателю композиции.
Входной цифровой сигнал сначала раскладывается на частотные составляющие спектра. МРЗ стандарт делит спектр частоты на 576 полос частоты и сжимает каждую полосу независимо. Затем этот спектр очищается от заведомо неслышных составляющих - низкочастотных шумов и наивысших гармоник, то есть фильтруется. На следующем этапе производится значительно более сложный психоакустический анализ слышимого спектра частот. Это делается в том числе с целью выявления и удаления «замаскированных» частот (частот, которые не воспринимаются слухом ввиду их приглушения другими частотами). Если два звука происходят в одно и то же время, МРЗ делает запись только того, который будет фактически воспринят. Тихий звук немедленно после громкого также может быть удален, так как ухо адаптируется к громкости. Если звук идентичен на обоих каналах стерео, этот сигнал сохраняется 1 раз, но воспроизводится на обоих каналах, когда МРЗ файл декомпрессирован и озвучивается.
Затем, в зависимости от уровня сложности используемого алгоритма, может быть также произведен анализ предсказуемости сигнала. В довершение ко всему проводится сжатие уже готового битового потока упрощенным аналогом алгоритма Хаффмана (Huffman), что позволяет также значительно уменьшить занимаемый потоком объем.
Как было указано выше, стандарт MPEG-1 имеет три уровня (Layer 1, 2 и 3). Эти уровни различаются по обеспечиваемому коэффициенту сжатия и качеству звучания получаемых потоков. Layer 1 позволяет сигналы 44.1 кГц/16 бит хранить без ощутимых потерь качества при скорости потока 384 Кбит/с, что составляет 4-кратный выигрыш в занимаемом объеме; Layer 2 обеспечивает такое же качество при 194 Кбит/с, a Layer 3 - при 128. Выигрыш Layer 3 очевиден, но скорость компрессии при его использовании самая низкая (надо отметить, что при современных скоростях процессоров это ограничение уже незаметно).
Системы воспроизведения звукового окружения
Воспроизведение звукового окружения начиналось со стереозаписей и УКВ ЧМ-радио. Широко использовались магнитофоны и FM-стереотюнеры с высококачественным двухканальным звуком. В кинотеатрах зрители могли оценить звук в формате Dolby Stereo Optical. Первые видеокассеты предполагали только монофонический звук посредственного качества, однако вскоре начали тиражироваться кассеты с двухканальным звуком. Сначала использовались просто раздельные звуковые дорожки, затем технология Hi-Fi. Лазерные диски с самого начала выпускались с двухканальным стереозвуком высокого качества. Вскоре и большинство стандартов вещательного телевидения были адаптированы для передачи видео с двухканальным звуковым сопровождением в эфире и в кабеле. Так популярный двухканальный формат звука стал тривиальной опцией домашнего видео. Первыми на рынке появились простые декодеры Dolby Surround, которые позволяли на домашней аппаратуре выделить и прослушать третий, пространственный канал - surround channel. Впоследствии был разработан более интеллектуальный декодер, Dolby Surround Pro Logic, который выделял и центральный канал - center channel. Получился «домашний кинотеатр» - комплекс аппаратуры для высококачественного воспроизведения звука и видео с декодером Dolby Pro Logic Surround Sound.
В отличие от аппаратуры квадро, аппаратура Dolby Surround производилась и производится в массовых масштабах и постоянно совершенствуется. Во-первых, технология Dolby Pro Logic удачно совмещает оптимальную конфигурацию пространственных каналов (R, L, С, S) с возможностями записи и передачи (два физических канала), которыми обладает практически вся бытовая аппаратура. Во-вторых, возможности и качество Dolby Pro Logic отвечают актуальным требованиям современного пользователя. И, в-третьих, используются единые стандарты на аппаратные и программные средства.
Кодер Dolby Surround не предназначен для передачи четырех независимых сигналов звука, каждый из которых надо прослушивать раздельно (например, звука одной ТВ-программы на разных языках). В этом случае развязка между двумя любыми каналами должна была бы быть максимальной, а амплитуды и фазы сигналов могли бы быть совершенно не связаны между собой. Напротив, задача Dolby Surround - передать четыре канала звука (soundtrack), которые будут прослушиваться одновременно и при этом воссоздавать в сознании слушателя пространственную звуковую картину (soundfield). Эта картина составляется из нескольких звуковых образов (sound images) - звуков, которые слушатель воспринимает связанными со зрительными образами на экране. Звуковой образ характеризуется не только содержанием и мощностью звука, но и направлением в пространстве.
На входе кодера Dolby Surround присутствуют сигналы четырех каналов - L, С, R и S, а на выходах - два канала L, (left total) и R, (right total). Слово «total» (общий) означает, что каналы содержат не только «свой» сигнал (левый и правый), но и кодированные сигналы других каналов - С и S. Функциональная схема кодера показана на рисунке.
Сигналы каналов L и R передаются на выходы L, и R, без каких-либо изменений. Сигнал канала С делится поровну и складывается с сигналами каналов L и R. Предварительно сигнал С ослабляется на 3 дБ (чтобы сохранить неизменной акустическую мощность сигнала после сложения его «половинок» в матрице декодера). Сигнал канала S также ослабляется на 3 дБ, но, кроме того, перед cложением с сигналами L, и R, он подвергается следующим преобразованиям:
- полоса частот ограничивается полосовым фильтром (BPF) от 100 Гц до 7 кГц;
- сигнал обрабатывается шумоподавителем - процессором Dolby B-type Noise Reduction;
- сигнал S сдвигается по фазе на +90 и - 90 годаад., таким образом, составляющие сигнала S, предназначенные для сложения с L и R оказываются в противофазе друг с другом.
Совершенно ясно, что сигналы L и R не влияют друг на друга, они совершенно независимы. На первый взгляд не столь очевидно, но факт - между сигналами C и S развязка теоретически также идеальная. Действительно: в декодере сигнал S получается как разность сигналов L и R. Но в этих сигналах присутствуют совершенно одинаковые компоненты сигнала С, которые при вычитании взаимно компенсируются. Напротив, сигнал С выделяется декодером, как сумма L и R Так как компоненты сигнала S, присутствующие в этих сигналах, находятся в противофазе, при сложении они также взаимно компенсируются.
Такое кодирование позволяет передать сигналы S и С с высокой степенью развязки при одном условии: если амплитудные и фазовые характеристики физических каналов, по которым передаются сигналы L и R абсолютно идентичны. Если имеется некоторый дисбаланс между каналами, развязка уменьшается. Например, если компоненты сигнала С в каналах R и L из-за разных характеристик каналов передачи окажутся неодинаковыми, произойдет нежелательное проникновение (crosstalk) части сигнала С в канал S.