Это устройство для ввода/вывода звука (аналогового сигнала) на/с компьютера.

Аудиокарта - входы, выходы, разъемы

Следует различать разъемы и входы.

Разъем - это гнездо, расположенное на самой звуковой карте, либо выведенное на небольшом куске кабеля из карты. Чаще всего один разъем обеспечивает подключение к одному входу или выходу звуковой карты. Однако, количество разъемов звуковой платы не всегда совпадает с количеством входов и/или выходов , которые видны в операционной системе или в настройках музыкального редактора.

Это происходит по причине того, что физический вход звуковой карты может переключаться между разъемами линейного и микрофонного входов. Вы не сможете одновременно писать и микрофон, и линейных вход, а только по очереди.

На рисунке показан один монофонический канал аналогово-цифрового преобразователя звуковой карты. После АЦП оцифрованный сигнал поступает в компьютер, в музыкальный редактор.

Виды разъемов:

RCA (тюльпан )

TRS 1/4" (большой джек )

TRS 1/8" (мини джек )

XLR

Иногда один разъем обеспечивает подключение к одному из нескольких входов. Например, есть совмещенный разъем XLR (профессиональные микрофонные)и TRS (джек 1/4" - четверть дюйма) .

Совмещенный разъем XRL-TRS (комбо)

Этот разъем используется для экономии места и позволяет включать в него либо микрофон, либо синтезатор, либо гитару.

Аудиокарта - аналоговые входы

Линейный вход - это вход, позволяющий вводить в звуковую карту сигналы стандартного уровня (около 250 милливольт или 0,25 Вольта). Это выходы микшера, синтезатора, магнитофона, CD- плейера и пр.

Микрофонный вход - это вход звуковой карты, оснащенный микрофонным предусилителем.

Микрофоны могут быть двух типов: динамические и конденсаторные (электретные).

На выходе микрофона сигнал очень слабый, поэтому микрофон, подключенный к линейному входу мы не услышим. В некоторых микрофонах иногда встраивают предусилитель.

Для динамических микрофонов питание не нужно. Любительские электретные микрофоны часто имеют питание от батарейки, размещаемой в самом микрофоне.

Профессиональные конденсаторные микрофоны требуют подачи так называемого фантомного питания 48 В.

Фантомное питание - это подача питающего напряжения по тем же проводам, по которым идет звук.

Поэтому, если Вы собираетесь использовать конденсаторный микрофон, имеется 2 варианта:

1. Покупка аудиокарты с микрофонным входом (со встроенным микрофонным предусилителем), оснащенным фантомным питанием.

2. Если карта имеет только линейные выходы, то придется дополнительно приобрести микрофонный предусилитель, обеспечивающий фантомное питание.

Инструментальный вход (высокоомный или Hi-Z ) - это вход с высоким сопротивлением для подключения гитары или бас-гитары. Повышенное (по сравнению с линейным входом) сопротивление позволяет ему более полноценно согласовываться с гитарными звукоснимателями (равномерность частотной характеристики).

Необходимое количество входов определяется исходя из того, сколько источников звука нужно записывать одновременно. Можно записывать по одному инструменту последовательно, а можно одновременно несколько партий: вокальную группу или аккустическую ударную установку, у которой разные барабаны и тарелки пишутся через несколько отдельных микрофонов.

Аудиокарта - аналоговые выходы

Линейный выход - это выход, позволяющий выводить из звуковой карты сигналы стандартного уровня (250 милливольт).

Обычно звуковая карта имеет 2 моно линейных выхода или один стерео. Но если Вы будете делать 5.1 / 7.1 - фонограмму, то и количество требуемых линейных выходов может возрастисоответственным образом.

Мониторный выход - это линейный выход на наушники музыканта при записи, или на усилитель концертных мониторов на сцене во время выступления.

Если Вы собираетесь работать со звуковой картой на концерте, то основные линейные выходы подключаются к акустике идущей в зал. Желательно иметь дополнительные мониторные выходы для вывода звука на сцену, чтобы музыканты хорошо слышали, что они играют. Если Вы используете внешний микшерный пульт, то такие выходы могут быть в нем. Тогда в аудиокарте - они излишни.

INSERT - это точки подключения аппаратных внешних модулей обработки звука (ревербератор, вокальные и гитарные процессоры и пр.).Insert представляет собой совокупность выхода звуковой карты на внешний модуль обработки и вход в аудиоплату с модуля обработки (уже обработанный сигнал).

Аналоговые входы и выходы могут быть балансными (симметричными) и не балансными (не симметричными) .Балансные входы менее чувствительны к помехам, чем не балансные, поэтому при использовании балансных входов на записи меньше шумов).

Word Clock - это входы и выходы предназначенные для синхронизации нескольких звуковых плат. Если Вы планируете работать с многоканальной записью, то, возможно, Вам придется использовать для этого одновременно 2 и более аудиокарт (может одинаковых, а может и разных). Синхронизация возможна с помощью специальных входов и выходов Word Clock (типа байонет) или по SPDIF .

- кабель и разъем Word Clock (BNC , байонет ).

Разъемы и их названия.

Во-первых. разъем состоит из двух частей. Гнездо - это куда втыкают. Штекер - это то, что втыкают.

монофонический джек, или TS. Гильза до черного кольца - земля, кончик - сигнал

стереофонический джек, или TRS. Гильза до первого кольца - земля, контакт между черными кольцами (Ring) - правый канал либо отрицательная фаза либо питание, кончик - левый канал либо сигнал с положительной фазой

Мини-джек - как в наушниках для плейера. Выглядит как большой джек, только меньше - 3.5 миллиметра (1/8). В последнее время в мобилках и плейерах используется иногда и малюсенький джек на 2.5 миллиметра, но его не называют мини-джеком.

миниджек, знакомый вам по плейерам

Тюльпан, или RCA jack - встречается на профессиональных звуковых картах (для линейных входов и выходов), а также на бытовых видеомагнитофонах и старых VHS-видеокамер. Поскольку таких разъемов обычно два (левый и правый каналы), то правый разъем-канал имеет черный цвет, если есть черный и красный разъемы; и правый канал - красного цвета, если есть белый и красный разъемы. Изначально "тюльпан" был разработан еще в сороковых годах прошлого века для подключения радио к граммофонам. Тюльпан используется часто как разъем цифрового интерфейса S/PDIF.

тюльпаны обыкновенные

тоже тюльпан, только прикидывается рыцарем

XLR (реже XLR-3, "кэнон" или "канон", правильнее Cannon - не путать с Canon) - обычно встречается на микрофонах. Такой массивный разъем с тремя штырьками и защелкой.

Каждый нормальный микрофон имеет разъем XLR, а уже к нему подключается кабель. Кабель же может заканчиваться как еще одним XLR, так и обыкновенным джеком. Если у вас нет микшера, куда вы можете воткнуть XLR, то вам нужен кабель с джеком. Джек вы сможете подключить к бытовой звуковой карте посредством переходника с обычного джека на мини-джек. Поскольку разъемы линейного выхода, а также линейного входа и микрофонного входа находятся на звуковухе в непосредственной близости друг от друга, то нередко этот переходник просто не втыкается рядом с мини-джеком, идущим к колонкам. Поэтому надо покупать сей переходник не в цельнометаллической оболочке, а в пластмассовой. Ее можно обрезать ножом с одной стороны и обмотать изолентой. Тогда воткнется без труда.

Цвета "бытовых" разъемов

Вы могли обратить внимание, что зачастую штекеры и гнезда имеют определенные цвета - например, микрофонный штекер и гнездо под него - розовые, а наушники - светло-зеленый. Это не прихоть производителей, а следование ими стандарта PC 99. Ниже я привожу эти цвета и их описания.

Функциональная схема звукового адаптераПри рассмотрении архитектуры не нужно делать различий между программной и аппаратной частью адаптера и рассматривать их как одно целое.

Блок-схема


Рассмотрим подробно каждый блок.

Аналоговые порты

В качестве примера приведена карта Turtle Beach Santa Cruz. Заметим, что порт является логическим понятием, а разъем – физическим, так как один разъем может совмещать несколько портов (это практикуется ввиду недостатка места на планке карты; переключение режимов производится через утилиту управления).

Наружные разъемы – выведенные на планку (кронштейн) карты или внешний край системной платы в случае интегрированного адаптера. Выполнены в формате стерео мини джек .
Внутренние разъемы – располагающиеся на самой карте. Выполнены обычно в формате MPC.
Существует спецификация AC"97, указывающая на опциональность или обязательность порта (которой обычно следуют). Окраска разъемов определяется спецификацией PC"99 (и ей строго следуют).

Линейные входы
Линейный стерео вход.
Обязательный. Предназначен для проигрывания или записи аналогового сигнала (стерео или моно) с линейного выхода других, обычно внешних аналоговых устройств, например, аудио плеера, радиоприемника, видеомагнитофона и пр.
Окрашен в голубой цвет.
Помимо него на звуковой карте обязательны (а в случае интегрированного адаптера опциональны) еще два дополнительных внутренних линейных входа.

Стерео вход CD Audio.
Обязательный. Предназначен для подключения CD привода аудио кабелем. Позволяет проигрывать аудио CD. При этом используется внутренний ЦАП привода и микшер звуковой карты.
Заметим, что на современных CD/DVD приводах с интерфейсом IDE под ОС Windows (начиная с версии 98) мозможно цифровое считывание аудио треков CD-DA, что предпочтительнее из-за отсутствия помех. Опция Digital CD audio включается в свойствах привода. Отключать аналоговый аудио кабель при этом не обязательно. Выполнен в формате MPC, 4-х контактный. Окрашен в белый цвет.

Дополнительный линейный вход (AUX-In).
Обязательный. На него передается аналоговый звук с карт FM- или TV-тюнера, или других внутренних устройств, например, второго CD-привода, DVD-привода или карты MPEG2 декодера. Окрашен в синий цвет.

PC-Beep.
Опциональный, монофонический. Подключается к системной плате и позволяет перенаправлять сигналы для системного динамика на внешние динамики через линейный выход. Разъем представляет собой два игольчатых контакта.

Заметим, что на линейные входы сигналы можно подавать одновременно – аналоговый микшер их объединит.
Не надо думать, что через входные порты осуществляется обязательно запись. Например, можно подать сигнал с кассетного плеера на линейный вход и тут же его слушать (причем без запуска софт плеера!). Звуковой поток не только не “пересечет” адаптер, но даже не дойдет до кодека, ограничившись микшером.
Заметим, что если можно воспроизводить много потоков (звуковых файлов), то записывать – максимум два (обычно это стерео звук).

Микрофонный вход
Обязательный, наружный. Монофонический, с автоматической регулировкой усиления и с поддержкой как электретного, так и электродинамического микрофонов. Поддержка электродинамических микрофонов, для которых характерен слабый сигнал, осуществляется режимом включения дополнительного усиления (20 dB Boost).
Используется, например, для вставки речевых комментариев в клип фотоальбома или разговора по Интернету. Окрашен в красный или розовый цвет.
Вход низкого качества и пригоден только для записи речи. Дело в том, что нормальный микрофонный предусилитель стоит от $50, поэтому он резко поднял бы цену адаптера. Известный инженер по звуку Е. Петров рекомендует даже удалить встроенный усилитель (поработав паяльником), в результате чего остается только 2 режима: дополнительный линейный вход и усилитель в 20 дБ для электродинамического микрофона.
Любителям караоке или увлекающимся записью вокала нужно приобрести микрофонный предусилитель, который подключается к линейному входу адаптера. Такие устройства имеют разное исполнение:

в виде внешней коробочки с батарейками;
в виде внутренней платы на кронштейне, в задней части корпуса;
в виде модуля портов, идущего в комплекте со звуковой картой.

Линейные выходы
Такие выходы обязательно присутствуют, являются наружными и предназначены для вывода звука на активные акустические колонки, усилитель или линейный вход любого внешнего устройства (например, рекордера). Число выходных (аналоговых) каналов определяет канальность адаптера и может быть равным 2, 4, 6.

Линейный стерео выход фронтальный.
Обязательный. Предназначен для подключения фронтальных (т.е. расположенных впереди) акустических колонок. Выполнен в формате stereo mini-phone jack. Окрашен в зеленый цвет.

Линейный стерео выход тыловой.
Присутствует в 4- и 6-канальных адаптерах. Используется для подключения тыловых акустических колонок.
Обычно выполнен в формате stereo mini-phone jack и тогда окрашен в черный цвет. Для экономии места может быть выведен в компактный комплексный разъем G9.

Выход на центральную колонку и сабвуфер (“театральный порт”).
Присутствует только в 6-канальных адаптерах. Двухканальный.
Может быть выполнен в формате stereo mini-phone jack, но для экономии места может быть выведен в компактный комплексный разъем G9 (или совмещен, см. ниже).
Малое число каналов может быть скомпенсировано цифровым выходным портом (по которому передается несколько каналов), однако это удораживает и сам адаптер, и особенно акустику, а, кроме того, дает эффект только на дорогой акустике.
Современные адаптеры позволяют делать и более изощренный апмиксинг и даунмиксинг, например, раскладывать 6-канальный звук на 4 колонки и наоборот.

Канальность адаптера
2-канальные адаптеры в виде звуковых карт сейчас представлены лишь небольшим числом моделей. Основная же их часть представлена интегрированными в системные платы адаптерами. Эти адаптеры работают с 2-3 компонентной акустической системой (третьей компонентой является сабвуфер). Такое решение адресовано тем, кто не хочет или не имеет возможности загромождать свое рабочее место множеством колонок и опутываться проводами.
4-канальные адаптеры предназначены для 4-5 компонентной акустической системой (пятым является сабвуфер) и уже дают полноценный звук в играх.
6-канальные адаптеры дают полноценный звук не только в играх, но и в домашнем кинотеатре (фильмы на DVD). Акустика 6-компонентная и отличается от 4-канальной добавлением одной только (центральной) колонки, а возможностей предоставляет намного больше. Поэтому предпочтение надо отдавать 6-канальным адаптерам перед 4-канальным, тем более что разница в цене между адаптерами также минимальна.

Выход на наушники
Обычно совмещен с линейным выходом на фронтальные колонки. Согласно AC"97 выход имеет импеданс 32 Ома, поэтому наушники надо также подбирать с таким же импедансом. Используется разъем stereo mini-phone jack.

Телефонный порт
Это опциональный двунаправленный внутренний порт (в формате MPC3), называемый TAD (Telephone Answering Device – телефонный автоответчик). Соединяется кабелем с внутренним голосовым модемом и дает возможность не переключать лишний раз микрофон от звуковой карты к модему), а также проигрывать звук с модема. Окрашен в красный цвет. Заметим, что в настоящее время, к большому сожалению, нет хардверных PCI модемов ценой до $100, адаптированных для отечественной телефонной сети.

Расцветка разъемов
Согласно спецификации PC"99 звуковые разъемы имеют следующие цвета.

Расцветка разъемов

Разъем	Цвет
Наружные на карте
Линейный вход	Голубой
Линейный выход фронтальный / наушники	Зеленый
Линейный выход тыловой	Черный
Микрофон	Красный
MIDI/Game	Золотистый
Внутренние на карте
CD Audio-In	Белый
AUX-In	Синий
TAD	Красный
Колонки
Колонки	Коричневый
Сабвуфер	Оранжевый

Аналоговый микшер

Адаптер содержит аналоговые входной и выходной микшеры, регуляторы громкостей, дополненные полным выключением каждого канала (Mute). Изредка встречаются микшеры с регулировкой тембра. Поясняющая схема приведена для случая 2-канальной карты.

Возможности микшера входят составной частью стандартного приложения Volume Control – управление громкостью. Согласно AC"97 есть возможность закрывать любой канал и регулировать громкость не только аналоговых, но и цифровых источников.

Вместо раздельных регуляторов на стерео каналах в этом приложении используют общую громкость и баланс каналов. Здесь:

Volume Control – линейный выход. Расположен в микшере. Другое общепринятое название – Master Volume.
Wave – цифровой канал для Wave файлов.

АЦП и ЦАП

АЦП (А налого-ц ифровой п реобразователь, Analog to Digital Convertor, ADC) используется для оцифровки аналогового звука (обычно записи в файл).
ЦАП (Ц ифро-а налоговый п реобразователь, Digital to Analog Convertor, DAC) осуществляет обратное преобразование цифрового звука в аналоговый (децифровка).
Основными параметрами АЦП являются частота дискретизации и разрядность квантования АЦП при оцифровке методом PCM (Pulse Code Modulation). Суть метода состоит в аппроксимации амплитуды сигнала как функции времени ступенчатой функцией. Частота дискретизации определяет частоту “столбиков”, а разрядность – максимальное число уровней в столбиках (в PCM это степень двойки). Чем больше эти характеристики, тем лучше.
Аналогичные параметры имеет ЦАП. Понятно, что эти параметры должны быть не меньше, чем у воспроизводимого PCM файла.
Заметим, что “изнутри” современные мэйнстрим АЦП и ЦАП являются так называемыми однобитовыми, но “снаружи” выглядят именно как PCM, и поэтому можно говорить о разрядности в привычном смысле. Подробности – в соответствующем приложении .
Для ориентира: CD Audio – формат цифрового аудио на музыкальных компакт-дисках (КД), который является признанным эталоном качества Hi-Fi, использует 44.1 кГц и 16 бит.
Мэйнстрим адаптеры записывают и воспроизводят не более чем 16 битные PCM файлы. Частота обычно равна 44.1, 48 кГц, но для звука непритязательного качества используются еще их более низкие кратные производные (22.5 кГц и др.). 48 кГц является стандартной для компьютерного аудио, цифровых интерфейсов, DVD аудио, и ей нужно отдавать предпочтение (если только файл не является копией аудио трека).
При прохождении через цифровую часть адаптера звук может подвергаться некоторой обработке, и при этом результаты промежуточных вычислений выходят за 16-разрядную сетку. Поэтому ЦАП/АЦП крайне желательно иметь более высокую разрядность, чтобы действительно “донести” 16 разрядов. Поэтому практически во всех мэйнстрим звуковых адаптерах применяются 18- и 20-разрядные ЦАП/АЦП.
Подавляющую часть времени звуковые адаптеры используется для воспроизведения, и лишь изредка и очень немногими юзерами – для оцифровки. Поэтому качество ЦАП обычно выше, чем у АЦП (примерно на 2-10 дБ), и разрядность ЦАП (воспроизведение) всегда не меньше, чем АЦП (запись). Например, часто АЦП 18 разрядный, а ЦАП 20-разрядный.
В связи с этим заметим, что качество мэйнстрим адаптеров для записи невысоко. Поэтому для записи, например, старых виниловых пластинок рекомендуется использовать профессиональные так называемые 24/96-адаптеры, где 24 – это разрядность, а 96 – частота дискретизации в кГц.
Еще заметим, что у одного и того же производителя бывают АЦП с одинаковой разрядностью, но разным качеством, так что высокая разрядность не является гарантией качества, а лишь необходимым условием. Есть более объективные параметры, как отношение сигнал/шум. Они рассматриваются ниже в разделе кодеков, так как ЦАП/АЦП сейчас выполняются интегрированными в кодек.
Важно отметить, что именно ЦАП определяют в основном чистоту звучания адаптера. Вместе с тем относительная стоимость ЦАП/АЦП в адаптере невелика.

Цифровой эквалайзер

Присутствует не на всех адаптерах. Основное назначение – скомпенсировать недостатки акустики. Действует на все выходные потоки одинаково.
В таких продвинутых софт плеерах как WinAmp, WMP, Apollo встроены цифровые эквалайзеры (нужен только достаточно производительный процессор). Однако аппаратный эквалайзер менее искажает звук. Эквалайзер характеризуется числом полос (обычно 10), числом предустановленных пресетов и возможностью запоминать установки юзера.

Процессор потоков

Как видно из схемы это центральный блок, услугами которого пользуются другие блоки. Поэтому во всех современных адаптерах (кроме, может быть интегрированных в чипсет) есть аппаратное ускорение для этого блока (другие же блоки могут быть при этом реализованы программно). Заметим для продвинутых юзеров, что так как речь идет исключительно о связке Windows + ActiveX, то это равносильно аппаратному ускорению для API MS DirectSound.
Блок управляет цифровой обработкой звуковых потоков. В числе функций обработки: микширование/расщепление потоков, регулировка их громкости, баланс стерео, маршрутизация потоков, т.е. направление их в блоки дополнительной обработки и прием обработанных потоков.
Заметим, что аппаратное цифровое микширование производится настолько быстро, что “зазоры” между блоками смешиваемых потоков на слух незаметны (в отличие от программного микширования).
Примером маршрутизации является направление потока звука скрипки из MIDI на блок 3D. Выходной поток описывает скрипку, кружащую над головой.
Параметром процессора потоков является число одновременно аппаратно ускоряемых потоков, однако само число не столь существенно для выбора, главное – сам факт такого ускорения. Заметим, что если приложению не хватает аппаратных потоков, то DirectSound предусматривает добавление неограниченного числа программно обрабатываемых потоков (хватило бы мощности центрального процессора). “Многопоточность” используется, например, в играх, а также при монтаже нескольких записей.

MIDI блок

Здесь приводятся лишь необходимые для понимания сведения. Подробности – в соответствующем приложении .

Введение
MIDI блок позволяет синтезировать звучание музыкальных инструментов, превращая нотную запись в аудио потоки. Обычно воспроизводятся MIDI файлы, в которых записана партитура (нотная запись) оркестрового произведения.
MIDI файлы в тысячу раз меньше обычных PCM файлов (для стерео хорошего качества это 10 Кбайт/мин по сравнению с 10 Мбайт/мин). Эта компактность используются в играх, для сетевых приложений и караоке (см. например караоке-сервер www.karaoke.ru ). В караоке же ценной оказывается возможность проигрывать MIDI файл с произвольно выбираемыми темпом и тональностью.
Параметрами MIDI блока является число аппаратно и программно синтезируемых голосов инструментов (полифония). MIDI блок современных адаптеров может иметь, например, 64 аппаратных голоса и 512 программных. В принципе достаточно 64-голосой полифонии, так как лишь избранные слушатели могут различать большее число голосов.
Для наложения эффектов (изменение звучания инструментов для придания большей выразительности) MIDI блок использует эффект процессор. Хотя эффекты могут накладываться на любые потоки, впервые они возникли в MIDI. Поэтому и возможности наложения эффектов часто приводят как MIDI параметры.

Стандарты MIDI
Процесс развития MIDI нашел отражения в стандартах, которые отражают: число инструментов, полифонию, список эффектов, сколько эффектов можно накладывать одновременного на все инструменты и сколько на отдельные. Есть международный стандарт GM1 (General MIDI Level 1), его дальнейшее развитие GM2 (General MIDI Level 2) и фирменные расширения GM1: GS (General Synth), XG (Extended General). MIDI блок обязательно поддерживает один из этих стандартов.

Синтез по таблице волн
В настоящее время основным видом MIDI синтеза является синтез по таблице волн (Wave Table синтез). Суть его состоит в том, чтобы использовать для синтеза сэмплы – оцифрованные образцы звучания реальных инструментов. Сэмплы собраны в файл, называемый банком инструментов. Этот банк загружается в память во время синтеза (возможно по частям). Банки, естественно, тоже соответствуют определенному стандарту MIDI.
Вместе с адаптером могут поставляться также один или несколько банков различного размера; меньшие банки применяются при малом размере памяти компьютера.
Банки бывают самого различного качества и отличаются параметрами оцифровки сэмплов (например, есть 14-, 16- и 18-битные сэмплы), полнотой сэмплов (включена ли полная нота или только атака и кусочек постоянного уровня, который потом циклически проигрывается для получения большой протяженности), присутствием вариаций сэмпла (резкое и мягкое извлечение звука), полнотой высот голоса (числом базовых нот, из которых получаются остальные). Интересным параметром, как банка, так и самого синтезатора является число фаз огибающей синтезатора. Чем больше число фаз, тем реалистичнее звук. 4 является низким значеием, 5 – средним, 6-8 – высоким.
Практически все эти параметры недоступны, но можно ориентироваться на общий размер банка: чем больше он, тем лучше. Счет идет на мегабайты. Для ориентира: хорошего качества банк от Yamaha стандарта XG со сжатыми в 3 раза 18-разрядными сэмплами, занимает 4 Мбайта.

Технология Downloadable Sounds (DLS)
Эта современная технология снимает такие недостатки стандартов MIDI как фиксированные наборы инструментов и неодинаковость звучания на разных адаптерах. Номерам из 128 инструментов можно динамически (загрузив в память, откуда название) ставить в соответствие любой инструмент (называемый “загружаемым”). Аналогом MIDI банков являются DLS файлы, содержащие сэмплы и “артикулярную” информацию (как проигрывать). DLS сообщение содержит значительно более полные атрибуты о ноте, включая громкость, экспрессию, параметры огибающей и др., что исключает неоднозначность.
Известны спецификации DLS Level 1 (DLS1) от 1997 г. и DLS Level 2 (DLS2) от 1998 г. MS DirectX 8.0 уже поддерживал DLS2 синтезатор и содержал его программную реализацию. DLS2 банк имел размер 3.3 М с 16-битными сэмплами, 226 мелодическими и 9 ударными инструментами.
Современный адаптер должен поддерживать как минимум DLS1, причем поддержка DLS представляется более важной, чем поддержка стандартов MIDI. Спецификация PC"99 Audio рекомендует аппаратную поддержку DLS.

Софт WT-синтез
Чистый софт синтез по таблице волн требует не так много ресурсов: мощности CPU в 300 мГц с поддержкой MMX для этого вполне хватает. Поэтому сейчас стали неактуальны такие параметры, как число аппаратно ускоряемых голосов (а ведь еще сравнительно недавно число программных(!) голосов включалось в название звуковой карты, например, SB PCI-128, SB PCI-1024 и др.).
Как уже говорилось, в Windows после установки DirectX, доступен 6-фазовый софт синтезатор, поддерживающий DLS2. По умолчанию используются банк Roland GM/GS Sound Set размером 3.3 Мбайта.
Со звуковыми адаптерами, основанными преимущественно на программной обработке (HSP-адаптеры), в комплекте поставки идут и более совершенные софт XG-синтезаторы Yamaha S-YXGxxx (их также можно встретить даже на диске драйверов, идущим в комплекте с системной платой; мне встретился один симпатичный плеер с видео сопровождением Yamaha XGStudio Mixer).
Существуют и профессиональные софт синтезаторы с огромными гигабайтными банками на жестком диске, например, Nemesys GigaXXX (см. подробнее в соответствующем приложении ), однако от карты требуется определенная поддержка.
Посмотреть загрузку CPU в Windows 2000 можно, включив плеер и посмотрев колонку CPU в Task Manager (Ctrl+Alt+Del \ Task Manager).
Совет: если у вас приличный процессор, то не придавайте значения аппаратным MIDI возможностям адаптера и используйте софт синтезаторы.

Совместимость с форматом банков
MIDI блок совместим с определенным форматом банков. Так, карты на аудио контроллере Creative CT5880 используют банки специфического формата от Ensoniq. Наиболее привлекательным является совместимость с DLS. В этом случае можно обычно сконвертировать банки других форматов в DLS.
Для использования софт синтезаторов Yamaha S-YXGxxx от адаптера требуется только тривиальная поддержка проигрывания PCM 16 бит 44,1 кГц.
Однако для софт синтезаторов Nemesys GigaXXX, использующих банки на жестком диске, требуется поддержка со стороны карты быстрого интерфейса GSIF (см. Глоссарий ).

MS DirectMusic
Если звуковой адаптер поддерживает аппаратное ускорение DirectMusic, то это увеличивает его привлекательность у геймеров. DirectMusic – компонента DirectX, позволяющая накладывать динамические эффекты на MIDI-фрагменты. DirectMusic поддерживает DLS банки.
Заметим, что аппаратное ускорение API DirectMusic возможно только при использовании Windows, начиная с 98SE.

Эффект процессор

Звуковые эффекты вначале появились в MIDI и представляли собой изменение звучания инструментов для придания большей выразительности. Основными являются хорус и реверберация . Общее число эффектов довольно велико, например, эхо, флэнжер, сустейн, дисторшн, портаменто , а число вариаций каждого исчисляется десятками.
С выпуском DirectX 8 и поддержкой DLS2 большинство звуковых эффектов можно накладывать и на PCM-потоки (примером эффекта, специфическим для MIDI, является breath – “придыхание” для духовых инструментов). Всем этим занимается эффект процессор. Его аппаратная реализация входит только в адаптеры с DSP на борту (см. ниже). При отсутствии DSP несколько простых эффектов налагаются софтверным способом.
Аппаратная возможность адаптера по наложению эффектов выражается в том:

какие это эффекты;
сколько их одновременно можно наложить на все потоки (инструменты);
на сколько каналов можно наложить эффекты индивидуально.

Современные адаптеры поддерживают достаточное число эффектов, так что в первом приближении на эти параметры можно не обращать внимания.

3D блок

Что делает 3D блок
Этот блок занимается поддержкой позиционируемого 3D звука (для краткости, просто 3D звука). В идеале это значит, что можно слышать точечный источник типа писка комара. Конечно, возможности 3D звука не безграничны, например, невозможно воспроизвести звук, исходящий снизу. Разные типы акустики (наушники, 2 и 4 колонки) обладают различными возможностями по воспроизведению 3D звука. Подробнее об этом можно прочитать в соответствующем приложении .
Реализация 3D звука основывается на двух элементах: создании точечного источника звука в безграничном пространстве и наложении на созданный им звуковой поток эффектов окружающей среды (реверберации помещений, окклюзий и обструкций ), так как игры в основном проходят не на открытой местности, а в помещениях. Это может быть гулкое эхо шагов в зале, эхо скал и т.д.
Заметим, что наложение эффектов среды (типа концертного зала, комнаты с коврами) позволяет “оживить” даже обычные стерео аудио файлы.
В настоящее время в адаптерах используются небольшое число 3D технологий. Основная часть API этих технологий является стандартной (открытой). Некоторые технологии имеют небольшие API расширения этой стандартной части. Стандартную часть API составляют компоненты DS3D, I3DL2, EAX2, которые поддерживаются (библиотеками) MS DirectX. DirectX обладает замечательным свойством: если в адаптере есть поддержка вызываемой функции (программная или аппаратная), то исполнение передается адаптеру, иначе функция выполняется средствами функций библиотек DirectX. Аудио компонента DirectX (DirectX Audio) обладает минимальными возможностями, оперирует звуком невысокого качества (с параметрами 8 бит и 22 кГц) и обладает медленным софт микшером 3D потоков.
Несмотря на то, что большая часть API является общей для всех технологий, они отличаются алгоримами реализации. Причем каждая технология еще имеет разные реализации для наушников, 2-х, 4-х и более колонок (3D звук должен воспроизводиться как минимум на 2 канала). Возможности различных акустических конфигураций для 3D звука представлены в следующей таблице.


Минусом наушников еще является ощущение, что источник звука находится ближе, чем это есть на самом деле.

Применяемые технологии
Вот список основных технологий:

технология компании Creative (не имеет специального названия);
Sensaura 3D от компании Sensaura;
Q3D (QSound3D) от компании QSound Labs.

Технология от Creative используется только в адаптерах, производимых самой компанией. Компании Sensaura и QSound Labs, напротив, не производят адаптеров, а лицензируют свои технологии производителям адаптеров.
Технология от Creative является закрытой, и о ней известно немного. Однако ее API EAX учета среды стал стандартом де факто.
Технология Q3D от Qsound основана на усредненных результатах прослушивания и не требует трудоемких расчетов.
Технологии компании Sensaura являются наиболее продвинутыми, и в настоящее время их используют большинство производителей адаптеров. Есть несколько технологий, API которых представляют собой фирменные расширения стандартных. Это следующие компоненты Sensaura 3D:

MacroFX – воспроизведение близких звуков, например, писк комара, полет пули у виска.
ZoomFX – воспроизведение звуков от неточечных источников, например, от большого локомотива, проносящегося мимо. Моделируется множеством источников, “размазанных” по объему тела.
Virtual Ear – подстройка звучания под ухо юзера. Дело в том, что восприятие человека сильно зависит от формы и размера его ушных раковин и головы, а также индивидуального слуха (особенно для верхних частот). Все технологии рассчитаны на некоторое усредненное ухо. Подстроив параметры под себя, можно получить более реалистичные эффекты без дополнительных ресурсов. Технология Virtual Ear реализуется утилитой подстройки, куда вводятся индивидуальные размеры уха и другие параметры.

Компонента реализация эффектов среды называется Sensaura EnvironmentFX. Она совместима по API с EAX2 (стандартом де факто), но звучит несколько по-другому (что не означает хуже).
Технологии также отличаются различными схемами воспроизведения 3D звука на 4 колонки (будем их называть 4-схемами).

где

панорамная (panning):
3D звук рассчитывается и идет на фронтальные колонки, а тыловые колонки просто дублируют фронтальные. Это самая примитивная схема.
переменная (transition):
3D звук рассчитывается и идет на те колонки, которые являются ближайшими для источника звука. “Оставшиеся” колонки просто дублируют “основные”. Это небольшое усовершенствование панорамной схемы.
точная :
3D звук рассчитывается и идет раздельно на фронтальную и тыловую пары колонок.

Все технологии позволяют также выводить 3D звук и на 6 колонок (средствами панорамирования).

Экспертные оценки технологий
Эксперты с авторитетного (англоязычного) сайта 3D SOUND SURGE в результате прослушивания лучших новых карт расставили технологии в таком убывающем порядке:

реализация на наушники
1. Q3D
2. Sensaura 3D
3. Creative.

реализация на 2 колонки
1. Sensaura 3D
2. Q3D
3. Creative.

реализация на многоканальную акустику (4 и более колонок)
1. Sensaura 3D
2. Creative
3. Q3D.

Как видно “лидером в общем зачете” оказывается Sensaura 3D.

3D параметры адаптера
3D параметрами адаптера являются:

3D технология
Примененная 3D технология.
Число 3D потоков
означает число аппаратно ускоряемых точечных источников в пространстве. Большее число потоков позволяет создавать более разнообразные игры. Дополнительные потоки будут создаваться программно. Спецификация PC"99 Audio рекомендует аппаратную поддержку 8 источников звука. Наличие аппаратного 3D ускорения определяется наличием DSP “на борту”.
4-схема
Технология определяет, в принципе и схему использования 4 колонок, однако для удобства этот параметр вынесен отдельно.

Домашний кинотеатр
Софт плееры DVD фильмов поддерживают воспроизведение 6-канального (или даже 7-канального) звука на звуковых адаптерах. Изображение выводится на большой телевизор, звук – на многокомпонентную акустическую систему. За счет расположения колонок не только впереди слушателя, но и сзади можно создавать окружающий звук (Surround Sound), например, эффект проходящего поезда.
Можно сказать, что окружающий звук кинотеатра – это позиционируемый 2D звук, но не интерактивный. Достигается он обычным панорамированием (т.е. изменением громкости колонок), без изменения фазы и частоты, как в 3D звуке.

Форматы звука домашнего кинотеатра
Формат звуковой дорожки фильма может быть таким:

AC-3
Этот формат ассоциируется часто с технологией Dolby Digital (DD 5.1), которая выступает в качестве синонима AC-3. Это 6-канальный звук, причем сильно сжатый. В настоящее время это наиболее распространенный формат.
DTS
6-канальный звук, менее сжатый, чем в AC-3 и поэтому более качественный. Требует больших ресурсов при декодировании. Более новый и менее распространенный.
DTS-ES
Расширение DTS на 7 каналов. Первые продукты появились только в Q4 2001 г.

Подробнее о форматах можно прочитать в соответствующем приложении .
В 6-канальном звуке выходные каналы распределяются так:

1,2 – на фронтальные колонки
3,4 – на тыловые колонки (все как в играх)
5,6 – на центральную колонку и сабвуфер соответственно.

На центральную колонку выводятся диалоги (т.е. речь), что повышает их внятность. Сабвуфер можно размещать довольно произвольно из-за невосприимчивости слуха к расположению источника басов.

В 7-канальном звуке дополнительный канал идет на центральную тыловую колонку.
6-канальный звук часто записывается как 5.1-канальный, 7-канальный – как 6.1-канальный, где “.1” означает сабвуфер.

Режимы работы адаптера
Различают следующие режимы работы адаптера, а точнее его блока домашнего кинотеатра:

сквозной (pass-thru)
дорожка без изменений передается через выходной цифровой порт адаптера на акустику, где и декодируется.
У адаптера должен быть выходной цифровой порт, а у акустической системы соответствующий входной цифровой порт и декодер определенного формата. Наличие декодера резко (примерно в два раза) удораживает акустическую систему. При появлении новых форматов возможность апгрейда акустической системы остается под вопросом.
Однако рассматриваемое решение оправдано, когда соответствующая акустическая система уже есть.

цифровой
дорожка распаковывается на каналы, каналы декодируются в PCM потоки и потом упаковываются в 3 потока. Эти потоки подаются на соответствующие выходные цифровые порты адаптера.
У адаптера и у акустической системы должно быть по 3 цифровых порта. Однако дорогостоящий декодер в акустике не требуется.
Этот режим реализован только в картах Creative SB начиная с серии Live! 5.1 и пока только для формата AC-3.
По сравнению с аналоговым режимом производится более качественная передача звука.

аналоговый
дорожка полностью распаковывается, декодируется и конвертируется в соответствующее число (6 или 7) выходных аналоговых каналов, которые подаются на порты адаптера.
На адаптере и на акустике должно быть соответствующее число аналоговых портов.
Это наиболее дешевый вариант. Вся работа может быть выполнена софт DVD плеером и поэтому поддержка форматов зависит только от используемого плеера. Например, формат DTS поддерживается плеером WinDVD компании InterVideo начиная с v3.0.

Во всех случаях возможен даунмиксинг на 2- и 4-канальную акустику и наушники. Однако это ведет к искажениям, так как производятся преобразования со сжатым звуком, который этого “не любит”.
Со стороны адаптера возможно опциональное аппаратное ускорение по обработке (распаковке, декодировании) для конкретных форматов.
В комплект поставки “театрального” адаптера иногда входят софт DVD плеер (он обычно входит в комплект DVD привода) и/или пульт ДУ (дистанционного управления). Последнее более типично для исполнения с модулем портов.
Качественная реализация домашнего кинотеатра упирается не столько в акустику (от $200), большой широкоэкранный телевизор (порядка $2000), сколько в наличие отдельной комнаты площадью метров 20. Комната должна быть не заставленной, а стены покрыты коврами для звукопоглощения.

Апмиксинг

Это раскладка “малоканального” звука на большее число каналов, чтобы задействовать всю мощь многоканальной акустической системы. Например, апмиксинг моно и стерео звука на 4 или 6 колонок, или вывод 4-канального игрового звука на 6 колонок.
Примерами технологий апмиксинга являются:

CMSS (Creative Multi Speaker Surround)
Апмиксинг стерео звука на 4 или 6 каналов. Реализуется через фирменный плеер Creative PlayCenter. Позволяет панорамировать любой моно или стерео звук по любому азимуту на 4 и 6 колонках.
QMSS (QSound Multi-Speaker System)
Апмиксинг стерео звука на 4 или 6 каналов.

MP3

Блок MP3 опционален. Производит аппаратное ускорение декодирования сжатого формата MP3 при проигрывании файлов. Наряду с MP3 могут быть также поддержаны менее распространенные форматы, например, WMA, OGG. Блок позволяет на несколько процентов уменьшить загрузку процессора, что несущественно. Только некоторые звуковые карты имеют такой блок.

Цифровые порты

Передача в цифре практически не подвержена влиянию наводок и помех. Кабель в случае многоканальной акустической системы становится тоньше, а разъемы – компактней.
Входной цифровой порт (внешний) позволяет использовать более качественные внешние АЦП.
В качестве таких портов уже с давних пор используется SPDIF. Он бывает с электрическими или оптическими разъемами. В мультимедийной компьютерной акустике используются преимущественно электрические SPDIF порты. Поэтому этот же формат используется в подавляющем большинстве карт. Однако в домашней музыкальной аппаратуре встречаются также и оптические SPDIF порты. Для соединения с такой аппаратурой надо выбирать карты с оптическим портом. Особенно большой набор портов бывает у звуковых карт с дополнительным модулем портов.
Входной (внутренний) порт позволяет подключать внутренние устройства, в типичном случае DVD приводы.
Заметим, что в спецификации PC"99 Audio и AC"97 рекомендован также универсальный скоростной двусторонний интерфейс IEEE 1394 (он удобен также для обмена с цифровыми фото и кино камерами).
В качестве внутренней шины на некоторых картах используется также I2S, дополняющий шину AC-Link (см. ниже).
Более подробно о цифровых интерфейсах см. в соответствующем приложении

IEEE 1394
Опциональный цифровой двунаправленный наружный порт. Обладает пропускной способностью до 400 мбит/с, PnP, возможностью горячего подключения.

CD SPDIF (Digital Audio)
Опциональный цифровой внутренний входной порт, 2-х контактный, в формате MPC. Служит для цифрового подключения привода компакт дисков и проигрыша музыкальных компакт дисков CD Audio (такие выходы для приводов также опциональны). Формат данных такой же, как у SPDIF, но может использоваться напряжение 5 В вместо 1 В.

SPDIF out
Опциональный цифровой выходной внешний порт. Используется для связи с акустической системой (в том числе и многокомпонентной) по цифре. Разница по сравнению с аналоговой передачей заметна только на хорошей акустической системе. Цифровой порт удораживает адаптер на $10 и более.
Одного порта вполне достаточно для передачи стерео или упакованного 6-канального потока.
Формат электрических разъемов: stereo mini-phone jack для одинарного порта и G9 (digital DIN) для 3-х портов.

I2S вход
Опциональный внутренний порт в формате MPC (используются 3 провода). Использовался в прежних картах от Creative для подключения звукового выхода MPEG2 декодера. Более качественный, чем SPDIF.

Порты – анахронизмы
Спецификация PC"99 Audio рекомендует использовать вместо указанных ниже портов USB порты, что удешевляет адаптер и снижает наводки. К этим портам относятся:

MIDI порт
используется для подключения музыкального MIDI инструмента (обычно клавиатура на 4-6 октав) через дополнительный адаптер ценой около $20.
игровой порт
опциональный, используется для подключения игровых манипуляторов типа джойстика (как аналогового, так и цифрового благодаря использованию различных групп контактов).

Оба порта обычно совмещены в разъеме формата DB-15 золотистого цвета.

Блок ввода-вывода PCM файлов

Блок ввода-вывода PCM файлов (Wave in/out) использует интерфейс PCI для обмена с “внешним миром” звуковыми файлами в формате PCM, причем может это делать одновременно и для нескольких файлов.

PCI интерфейс

Текущая версия 2.2. Но применяется и 2.1, которая мало чем отличается.
Важнее наличие у адаптера режима PCI Bus Master – режима обмена данными по шине PCI с минимальным участием процессора. Это облегчает софт реализацию многих аудио функций, например, синтез звука. Актуально для адаптеров, не имеющих тех или иных аппаратных блоков, например, MIDI синтезатора. PCI Bus Master в настоящее время реализован практически во всех адаптерах.

Аппаратный состав AC"97 звукового адаптера

Посмотрим как реализуется архитектура звукового адаптера в спецификации Intel AC"97, где AC – сокращение от Audio Codec , 97 – год принятия первой версии “спеки” – 1997 г. Текущей является версия 2.2 от 2000 г.

Крупным планом

На схеме звездочками (*) отмечены опциональные компоненты. Внутренние порты кодека помещены с левой стороны. Как видно, есть следующие аппаратные компоненты:

AC"97 аудио кодек (Analog codec). Это аналоговая часть адаптера. Содержит аналоговый микшер, АЦПы, ЦАПы, аналоговые порты. Аппаратно выполняется в виде одного или двух чипов.
AC"97 контроллер (Digital controller). Выполняет цифровую обработку звуковых потоков, в том числе микширование, MIDI синтез, 3D, наложение эффектов. Выполняется в виде одного чипа. Тесты показывают, что контроллер может влиять на окраску звука.
Шина AC-Link связывает кодек с контроллером. Ответвление шины к слоту типа CNR используется в интегрированных решениях.

В спецификации AC"97 особо оговаривается, что кодек и контроллер выполняются в виде отдельных чипов. Кодек размещают по возможности ближе к выходным разъемам, что уменьшает уровень шумов.

Обвязка, операционный усилитель

Между портами кодека и разъемами адаптера размещается “обвязка”. Это, во-первых, чип операционного усилителя (типа Philips TDA1308), защищающий фронтальный линейный выход от перегрузок. Это позволяет подключать к нему и наушники, имеющие гораздо меньший импеданс (по стандарту 32 Ома) по сравнению с импедансом 1 кОм для активных колонок.
Заметим, что остальные выходы (тыловой, театральный) обычно не защищены и поэтому к ним не рекомендуется подключать наушники (только колонки).
Входные порты также могут быть защищены (транзисторами, конденсаторами чипами и пр.). Важность этой обвязки не вызывает сомнений.
Вредным анахронизмом является наличие в некоторых дешевых адаптерах усилителя мощности (чтобы использовать дешевые пассивные акустические колонки). Мало того, что такой усилитель имеет невысокое качество, он еще является дополнительным источником шума и нагрева. Поэтому его рекомендуют отключать (посредством джампера).

AC"97 кодек и параметры его качества

Блок схема

На схеме цифры показывают связь АЦП/ЦАП с соответствующими портами. Если названия внутренних портов заключены в скобки (CD Audio и т.д.), то это означает их опциональность. Однако все дополнительные входы и выходы, изображенные в верхней части, на кодеке присутствуют, и дело производителя устанавливать в адаптере соответствующие порты или нет. 3 линейных стерео входа предназначены для CD Audio, VIDEO и AUX. 2 линейных монофонических входа предназначены для TAD и PC BEEP (см. выше).
Название чипа является акронимом (ко дирование / дек одирование; в англоязычной литературе – codec, co der / dec oder), образованным от названия его главных компонент – АЦП/ЦАП. Последние выполняют преобразование звукового сигнала из аналоговой формы в цифровую (кодирование) и обратно (декодирование).

Микрофонный вход имеет программируемое усиление (programmable gain), а также включаемый режим повышения чувствительности на 20 дБ (20 dB Boost). Последнее необходимо для микрофонов динамического типа (в отличие от электретных). Опциональный второй микрофонный вход позволяет одновременно использовать один микрофон в гарнитуре, применяемый для речи, и второй качественный, настольный.
Выход на наушники имеет импеданс усилителя 32 Ома, соответственно такие же нужно выбирать и наушники.
SPDIF выход. Спецификация предписывает передавать звуковые потоки, у которых частота равна 48 кГц, что гарантирует совместимость с бытовой техникой. Если по интерфейсу выводится PCM файл с отличной от 48 частотой дискретизации, то происходит его прозрачная конвертация в 48 кГц перед передачей по шине AC-link. Поддержка других частот (т.е. без конвертации, “bit exact”) является опциональной. Заметим, что кодеки с SPDIF портом пока редки.
Микшер может иметь аналоговое управление тембром. Однако программный или аппаратный цифровой эквалайзер позволяет выполнить настройку более тонко.
АЦП/ЦАП имеют разрядности 16, 18 или 20 (не выше), и ограничение связано с шиной AC-link, см. ниже. Однако запись (через интерфейс PCI) производится в не более чем 16-разрядные файлы PCM.
Кодек является полнодуплексным, т.е. позволяет одновременно производить запись и воспроизведение, причем в разных режимах.

Параметры качества кодека
Под разрядностями кодека понимаются разрядности входящих в его состав АЦП и ЦАП. Как уже говорилось, разрядности кодеков являются далеко не полными параметрами их аудио качества. Так, кодеки Cirrus Logic CS-4294-KQ и CS-4294-JQ одной компании имеют одинаковые разрядности, но различное качество.
Отметим такой примечательный факт, что параметры 2- и 4-канальных кодеков одного производителя и из одной линейки одинаковы.
Так как ЦАП используется много чаще, чем АЦП, то ограничимся только параметрами ЦАП. Это соответствует параметрам тракта D-A кодека (из цифры в аналог).
Рассмотрим основные аудио параметры качества (они относятся к любому аудио тракту; об определении трактов и их параметров см. подробнее в соответствующем приложении ). Эти параметры приводятся производителями кодеков в спецификации, причем для максимальной частоты дискретизации – 48 кГц для AC"97 кодеков (так как в этом случае показатели наивысшие).

DR (Dynamic Range), динамический диапазон.
Это отношение самого сильного сигнала к шуму в присутствии последнего (а шум по свой сути не зависит от сигнала). Измеряется в децибелах. Чем больше диапазон, тем лучше. Хорошими значениями считаются 85 дБ и выше.
Заметим, что это число следует рассматривать лишь как верхнюю планку, ориентир. Дело в том, что, во-первых, измерение производится для чистой синусоиды. Для реального сигнала параметр может быть значительно меньше. Во-вторых, измерение производится для максимального сигнала. Для обычного сигнала средней громкости отношение также будет меньше.
К сожалению, большая часть производителей кодеков приводят не DR, а еще более завышенный параметр S/N (он же SNR) – отношение сигнала к шуму, при этом шум замеряется в отсутствии сигнала, т.е. в еще более искусственных условиях.

FR (Frequency Range), частотный диапазон равномерности воспроизведения
при указанных разбросах. Это тот частотный диапазон, где кривая АЧХ не выходит из заданных границ разброса. Чем больше этот диапазон при заданных границах разброса или чем уже эти границы при заданном диапазоне, тем меньше искажаются частоты сигнала после прохождения кодека. Для хороших кодеков это 20-20"000 Гц при ±0.5 дБ.
Заметим, что более интересной является граница разбросов для всего звукового диапазона 20-20"000 Гц (как это принято в тестовых утилитах).
Очевидно, FR является некоторой “выжимкой” от самой АЧХ и не гарантирует достоверности воспроизведения, которая определяется формой самой АЧХ, а не только величинами разброса.

THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise), коэффициент нелинейных искажений плюс шум.
THD выражает собой уровень искажений, генерируемых самим кодеков (которые пропорциональны сигналу). В THD+N сюда еще включен и шум (по определению не зависящий от сигнала). Оба коэффициента выражается в процентах. Чем меньше коэффициент, тем лучше. Хорошим значением THD+N является 0.02.
Иногда THD или THD+N выражаются в децибелах. Связь между процентами и децибелами дает следующая таблица (которую легко продолжить в силу ее “периодичности”).

THD+N %	THD+N дБ
1	-40
0.9	-40.9151
0.8	-41.9382
0.7	-43.098
0.6	-44.437
0.5	-46.0206
0.4	-47.9588
0.3	-50.4576
0.2	-53.9794
0.1	-60
0.09	-60.9151
0.08	-61.9382
0.07	-63.098
0.06	-64.437
0.05	-66.0206
0.04	-67.9588
0.03	-70.4576
0.02	-73.9794
0.01	-80
0.009	-80.9151
0.008	-81.9382
0.007	-83.098
0.006	-84.437
0.005	-86.0206
0.004	-87.9588
0.003	-90.4576
0.002	-93.9794
0.001	-100

2- и 4-канальные кодеки
Хотя в спецификации заявлен один кодек, реально не существует 6-канального кодека. В случае 6-канального адаптера в нем используются 2 кодека , один из которых является 4-канальным, а второй 2- или 4-канальным (и AC"97 контроллер, и шина AC-link это позволяют).
Заметим, что использование 2-х кодеков является избыточным, так как оба, например, имеют по линейному входу, в то время как используется только один. Вместо второго кодека достаточно декодера. Но и его микшер является избыточным, так как микшировать ничего не надо, а громкостью можно управлять на цифровом участке тракта. Поэтому в некоторых адаптерах вместо второго кодека используется ЦАП (обычно от Philips), с подключением его не по AC-link, а по более простой шине I2S.

Текущая ситуация с кодеками
В настоящее время во всех звуковых картах (из рассмотренных), от самых дешевых до дорогих, используются кодеки примерно одного качества. Отсюда важный
совет : если карта будет использоваться для проигрывания музыкальных компакт дисков и звуковых файлов (сжатых файлов типа MP3, MIDI, WAV файлов), то достаточно самых дешевых карт (с нужным числом выходов).
В случае дорогих карт вы платите за продвинутую цифровую обработку звука (3D звук, создание MIDI композиций и пр.), а также за цифровые порты.

Параметры тракта PC-D-A

Ограничимся более актуальным случаем воспроизведения (но все сказанное ниже можно повторить и для записи). Параметры кодека описывают тракт D-A кодека, который составляет лишь часть общего сквозного тракта PC-D-A (цифровое воспроизведение на линейный выход). Качество последнего более важны и зависят и от качества разводки печатной платы, и от фильтров питания, и от элементов обвязки типа конденсаторов и операционного усилителя.
Для ориентира: базовыми требованиями к тракту PC-D-A согласно MS PC"99 являются

FR (48.0 кГц): 20-19"200 Гц
DR : => 80 дБ
THD+N : <= -65 дБ (0.055 %).

Но тут ситуация на сегодняшний день такова:

Производители адаптеров эти данные не приводят.
Универсальная методика получения таких параметров пока не принята повсеместно.
Лишь небольшое число тестеров звуковых адаптеров владеют подобной методикой для сравнения между собой нескольких адаптеров.

Суть методики состоит в том, чтобы изготовить на жестком диске файл с эталонной синусоидой. Затем, проигрывая этот файл, снять аналоговый сигнал с тестируемого линейного выхода и подать на линейный вход профессиональной 24/96 карты, например, EgoSys Waveterminal 2496. Записать сигнал и, пренебрегая малыми искажениями входного тракта 24/96 карты, проанализировать сигнал и вычислить параметры. Для анализа выходного файла используется программа SpectraLab или утилита типа Sound Card Analyser Алексея Лукина .

Шина AC-link

Шина AC-link осуществляет двунаправленную передачу данных между AC"97 аудио контроллером и AC"97 аудио кодеком. Позволяет работать с 12-ю потоками данных (входящими и исходящими) с разрядностью до 20 бит и частотой дискретизации 48 кГц. В большинстве реализаций частота шины жестко фиксируется на 48 кГц. Это означает, что если звуковой файл имеет частоту дискретизации также 48 кГц, то за каждый такт шины передается один дискрет. Если частота дискретизации другая, например, 44.1 кГц для CD аудио треков, то производится предварительная передискретизация в аудио контроллере (блоком SRC, см. ниже). Теоретически это вносит дополнительные погрешности. В версии AC"97 2.2 предусмотрен опциональный режим для передачи потоков с частотой 44.1 кГц и любой другой без конвертации. Т.е. частота шины изменяется в зависимости от параметра частоты потока. Эта опция должна быть, очевидно, поддержана и аудио контроллером и аудио кодеком.
В AC"97 2.0 была опционально добавлена передача потоков с частотой семплирования 96 кГц.

AC"97 контроллер

Здесь SRC (Sampling Rate Converter) – конвертор частоты PCM потоков.
Его использует процессор потоков, когда микширует потоки с разными частотами, а также когда готовит данные для шин AC-Link и SPDIF, которые обе обычно работают на частоте 48 кГц. Стандартные значения у PCM файлов 48, 44.1, 32.0, 22.05, 16.0, 11.025, 8.0 кГц.
Контроллер обладает способностью возвращать цифровой поток в главную память для последующего перенаправления его на внешнюю цифровую шину (типа USB). Это называется "цифровая петля” (Digital loopback); она тоже работает на частоте 48 кГц.
В схеме опущены мало кому уже интересные блок поддержки DOS аудио, а также порты MPU-401 и игровой. PC"99 Audio рекомендует использовать вместо них USB порты.
Опциональны аппаратные реализации следующих блоков.

Аппаратного ускорения звуковых PCM потоков через DirectSound API.
В первом приближении важен сам факт аппаратного ускорения, а не конкретное число ускоряемых потоков. Как уже говорилось, аппаратное цифровое микширование очень важно, так как позволяет выполнить его настолько быстро, что “зазоры” на слух незаметны, в отличие от программного микширования. В настоящее время все контроллеры (кроме, быть может, встроенных в системные чипсеты) имеют такое ускорение.
Аппаратного ускорения позиционного 3D аудио через DirectSound 3D API. Здесь тоже важен сам факт ускорения и лишь потом число аппаратно ускоряемых 3D потоков (точечных источников).
Аппаратного ускорения DirectMusic API и поддержка DLS .
Аппаратного ускорения декодирования для кинотеатральных форматов звука.
Апмиксинга .

Опционален также I2S входной цифровой порт. В отличие от SPDIF такой интерфейс практически не страдает джиттером. Предназначен для связи с приводами DVD.
Контроллер имеет внутри себя цифровой усилитель. Как и всякий транзисторный усилитель он чувствителен к перегрузкам и выдает высокие искажения в этом режиме. Для некоторых контроллеров эта “красная зона” начинается с довольно низких значений фейдера Wave на универсальном микшере Windows. Поэтому рекомендуется не трогать этот ползунок после инсталляции драйверов адаптера (коэффициент усиления тогда равен единице), а использовать только общий регулятор громкости.
В идеале в рабочем диапазоне усиления контроллер не должен вносить искажения при записи или воспроизведении. Однако на практике это не так. Например, сравнение М. Лядовым трех карт с разными контроллерами и одинаковыми кодеками (карты Genius Sound Maker 5.1, Philips Acoustic Edge 5.1, Creative SB Live! 5.1; кодек SigmaTel STAC9708) выявило, что контроллер в Creative SB Live! 5.1 создает большие нелинейные искажения на фронтальном выходе.

DSP и HSP аудио контроллеры
Аппаратное ускорение наложения эффектов, ускорение 3D звука, реaлизация цифрового эквалайзера и др. целиком зависит от того, встроен ли в контроллер аудио DSP (аудио цифровой сигнальный процессор).
В случае отсутствия DSP аудио контроллер называется HSP (h ost-based s ignal p rocessing), т.е. вместо DSP используется центральный процессор. Это, конечно, удешевляет аудио контроллер, но предполагает определенный уровень производительности центрального процессора. Известно, что адаптер на HSP контроллере может отнять до 20% ресурсов процессора. При наличии DSP гарантируется обработка звука без задержек даже при процессоре Pentium-166MMX.
Некоторые аудио DSP делают даже перепрограммируемыми для поддержки новых технологий и усовершенствований (и исправления ошибок).
Совет: считайте наличие DSP в контроллере весомым плюсом.
Согласно спецификации AC"97 2.2 опциональный выходной SPDIF порт, должен быть помещен в кодеке (такие кодеки анонсировала только компания SigmaTel). А на практике порт встраивается в аудио контроллер (причем нередко туда помещается и входной SPDIF порт).
На некоторых контроллерах присутствует также порты I2S, что облегчает подключение дополнительных ЦАПов.

Порты и их совмещение

Ощутимые неудобства влечет за собой практика совмещения портов, заставляющая заниматься “перетыканием”. А вызвано это тем, что до сих пор на планку звуковой карты помещают морально устаревший и громоздкий MIDI/игровой порт. К звуку этот порт отношения не имеет, а места занимает много (напомним, что PC"99 рекомендует использовать устройства, подключаемые по USB).

Совмещение выхода на наушники
В AC"97 2.2 есть опция отдельного выхода на наушники, для чего в кодеке должен быть отдельный усилитель для наушников.
На большинстве адаптеров этот порт совмещен с линейным выходом (а универсальность достигается вставкой операционного усилителя между портом и кодеком чипа). Отдельный порт на наушники является наилучшим вариантом, так как:

Не нужно “перетыкаться” манипулируя в слепую на задней стенке компьютера.
Наушники в некоторых случаях предпочтительнее колонок (например, тишина для окружающих, лучшее качество звука).
Совмещение приводит к некоторой деградации звука для фронтальных колонок у популярных карт серии SB Live!.

Совмещение цифрового и аналогового портов
В случае, когда 6-канальная звуковая карта имеет выходные разъемы в формате мини джек, цифровой выход и игровой порт, места на ней катастрофически не хватает. Это заставляет совмещать цифровой порт и (как минимум) один из аналоговых. Одно из решений, найденных в последних картах – использование компактного разъема G9 для выходных портов (вместе переходным кабелем-разветвителем).

Лишние контакты надежности не добавляют, и наилучшим решением было бы использование отдельных портов за счет полного удаления MIDI/игрового порта.

В каких случаях не нужен адаптер

Прослушивание аудио CD.
Можно использовать встроенный выход на наушники на лицевой части привода компакт дисков или линейный выход в задней части. Для IDE-приводов возможно цифровое считывание треков и передача их на USB колонки.
Воспроизведение звуковых файлов на USB колонки. Обработка звука (декодирование сжатых файлов типа MP3, синтез MIDI файлов) производится программым образом, затем поток передается на USB колонки.

Такие решения страдают следующими недостатками качества:

встроенный ЦАП CD привода обладает невысокими параметрами (чтобы не удораживать привод).
USB-колонки имеют посредственное звучание. Возможно виной является отсутствие изохронного режима передачи у шины USB. Для этого варианта следует дожидаться широкого прихода на PC интерфейса IEEE1394 и появления соответствующих колонок.

Исполнение звукового адаптера

Возможны следующие варианты исполнения звукового адаптера.

PCI карта

На карте расположено все: порты, кодеки и контроллер. Наиболее распространенный и гибкий вариант, допускающий обновление адаптера, а также ритейл вариант поставки.

Комплект из PCI карты с модулем портов

Места на кронштейне карты совсем немного, поэтому решение с бОльшим числом портов выполняется в виде комплекта из карты и модуля портов. На модуле расположены:

Более качественные джеки 6.3 мм (большие) под наушники и микрофон. Чтобы убедиться в невысоком качестве мини джека достаточно покрутить штекер во время произведения: будет слышан треск.
Микрофонный предусилитель, позволяющий подавать сигнал от микрофона на линейный вход вместо не выдерживающего критики микрофонного входа адаптера.
SPDIF различных форматов. Дело в том, что в бытовой аппаратуре широко применяется оптические SPDIF порты TOSLINK, а в компьютерном аудио – электрические.

Карта связывается с модулем многожильным кабелем. Известно три исполнения таких модулей (по нарастанию “крутизны”):

Дочерняя плата. Ее кронштейн просто крепится на заднюю стенку, плата ни в какой слот не вставляется. Плата связана с картой плоским кабелем, вставляемым в разъемы-гребенки.
Модуль, вставляемый в большой отсек (5.25"") корпуса. Плюсом является экономия места и отсутствие лишних кабелей на столе. Минусом является то, что кабели, подключенные к лицевой панели компьютера, смотрятся не очень эстетично.
Внешний модуль (“коробочка”).

В двух последних случаях разъемы легко доступны по сравнению с расположением на задней стенке корпуса системного блока. Такие модули удораживают карту примерно на $50 (внутренний модуль) и $100-150 (внешний модуль). Заметим, что отдельный микрофонный предусилитель стоит около $60.
Другие исполнения будут называться в совокупности интегрированными (в системную плату). Их целью является снижение стоимости адаптера.

Адаптер находится на системной плате и имеет отдельный чип контроллера

Здесь порты, кодеки и контроллер размещены на системной плате, причем контроллер выполнен в виде отдельного чипа.
Принципиально это исполнение ничем не отличается от звуковой карты. Освобождается PCI слот. Так как контроллер составляет основную часть стоимости адаптера, то используются недорогие контроллеры, чтобы достичь ценовой привлекательности.

Интегрированный адаптер с контроллером в системном чипсете

Аудио контроллер встраивается в Южный Мост системного чипсета (в случае классической двухмостовой архитектуры чипсета).
Практически все современные чипсеты являются такими. Контроллер, правда, является HSP и может даже не иметь аппаратного цифрового микшера. Обычно кодек 2-канальный.
В распространенном сейчас случае кодек находится на системной плате. Для апгрейда до 6 каналов предлагается докупить компактную карту для слота форм фактора AMR, CNR, ACR, на которой и размещаются дополнительные кодеки и порты. Такие карты только начинают получать распространение.
Таким образом, производители системных плат предлагают следующие этапы апгрейда.

1. С самого начала вы получаете интегрированный 2-канальный звук, неплохого качества и за очень небольшие деньги.
2. Если нужен 6-канальный звук, то докупается CNR или ACR карта.
3. Если же нужны эффекты, аппаратная поддержка 3D и т.д., то вместо п. 2 приобретается отдельная PCI карта, а встроенный звук отключается.

Прошло уже несколько лет с тех пор как первый раз «открыл входа» звуковой карте по статье О.Шмелёва «Компьютерный измерительный комплекс» . Очень удобная и, я бы даже сказал, нужная вещь при настройке и проверке всевозможных звуковых трактов с помощью программ типа SpectraLab или . Постоянные уровни посмотреть, АЧХ проверить, да и просто записать временной файл в память для последующего сравнения или внимательного просматривания сигналов – очень даже часто приходится делать… Но каждый раз, как пользуюсь этой звуковой картой, думаю, что надо было вынести входной разъём на переднюю панель системника, поставить переключатели «входной делитель на 10» (или даже на 100) и «открытый/закрытый вход». То есть, приблизиться к привычным удобствам осциллографа.

И тут случайно попалась в руки старая PCI-ная звуковая карточка VIA TREMOR. Ну, всё, думаю, теперь точно входной блок сделаю. Размещу все дополнительные детали в корпусе от старого CD-привода, поставлю на его рожице переключатели и соединю всё это со звуковой картой куском сигнального кабеля от монитора – в нём много проводников, он экранированный, а некоторые проводники даже дважды – всё должно получиться…

Начал курочить привод…

Да, сначала, наверное, надо объяснить, зачем что-то переделывать в звуковой карте, когда кажется, что чего же там сложного – убери конденсаторы по входу, и получишь «открытый вход». Но дело в том, что на входных ножках кодека присутствует постоянное напряжение (около 2,5 вольт), нужное ему для работы. Если оно равно внутреннему образцовому потенциалу, относительно которого аналого-цифровой преобразователь отслеживает изменения входного сигнала, то горизонтальная линия, рисуемая осциллографом программы, будет идти по нулевой отметке шкалы. Если уменьшить это напряжение, допустим, на 1 В, то и горизонтальная линия осциллографа уплывёт вниз на 1 В. И получается, что если просто убрать конденсатор из входной цепи, то подключаемый источник сигнала, в случае отсутствия у него на выходе конденсатора, будет просаживать это постоянное напряжение. Поэтому и приходится добавлять дополнительные цепи чтоб «обойти» это препятствие. Задача, в общем, несложная и решается на уровне начального изучения схемотехники с применением операционных усилителей (рис.1 ) . Если нижний по схеме вывод резистора R2 будет заземлён, то при подаче на вход ОУ сигнала уровнем 0,25 В, на выходе получаем уровень, равный 0,25*(1+(R3/R2). Если же при одинаковых сопротивлениях резисторов R2 и R3 на нижний вывод резистора R2 подать постоянное отрицательное напряжение 2,5 В, то на выходе ОУ получим постоянное положительное напряжение 2,5 В. Если номинал резистора R1 не превышает 100 кОм, то при применении в данной схеме операционных усилителей общего назначения с достаточно большим входным сопротивлением, можно сказать, что входное сопротивление каскада равно сопротивлению резистора R1.

Конечная схема входного блока получилась небольшая. Половину места на плате занимают стабилизатор питания и фильтры. Без них здесь не обойтись – ключевые преобразователи питания компьютера и процессора создают большой электромагнитный «фон», который наводится на любой находящийся в корпусе системника проводник, будь он питающий или сигнальный.

Но, начнём по порядку.

Итак, начал курочить привод. Отпилил лишнюю пластмассу – места свободного много… Прикинул, что и как будет крепиться… По схеме (рис.2 ) сигналы со входного разъёма J поступают на переключатели S1 и S2, коммутирующие открывание или закрывание входов. При размыкании переключателей нижняя частота среза по уровню -3 dB становится около 1,2 Гц если не включены делители на 10 (S3 и S4) и около 3 Гц при включении этих делителей. Все переключатели раздельные, т.е. не спаренные - это позволяет выбирать разные режимы в разных каналах. От того, включены или нет делители на 10, зависит входное сопротивление блока. При их разомкнутом состоянии Rвходное примерно равно 86 кОм (R1+R3+R7 или R2+R4+R8), а при замкнутом – 37 кОм (R1+R3+R5 или R2+R4+R6). Конечно, можно эту часть схемы выполнить и по-другому, например, как показано на рисунке 3 - чтобы при включении делителя на 10 входное сопротивление увеличивалось так же в 10 раз (примерно) - до 870 кОм. Но при этом надо учитывать изменение частоты среза фильтра НЧ, образованного резисторами R1R5 и суммарной ёмкостью, состоящей из ёмкости ограничительных диодов, входной ёмкости операционного усилителя и ёмкости монтажа. Здесь важно не столько то, что частоты начинают «заваливаться», сколько то, что сдвиг фазы сигнала начинается уже с 3-5 кГц, а это уже бывает критично при некоторых фазных измерениях. При расчёте этих цепей удобно пользоваться программой (файл для расчёта прилагается во вложении к статье).

Рис.3

Вернёмся к схеме на рисунке 2 . Диоды VD1…VD12 защищают ОУ от больших входных сигналов, ограничивая их по амплитуде до уровня 1,7-2,2 вольта. В зависимости от того, с какой чувствительностью по входу применяется звуковая карта, может понадобиться установка цепочек из меньшего количества последовательных диодов.

Как видно по схеме, резисторы, обеспечивающие вышеуказанные входные сопротивления блока, являются так же делителями входного сигнала даже без включения S3 и S4. Это сделано специально для компенсации усиления, вызванного неодинаковостью сопротивлений резисторов в обратной связи операционных усилителей (R2 и R3 по нумерации рисунка 1 ). Происходит это из-за того, что R2 в реальной схеме по рисунку 2 состоит из нескольких – R9,R11,R12,R16 и R19, выполняющих функцию образования на выходе блока напряжения +2,5 В и позволяющих менять его уровень в пределах от 2,4 до 2,6 В. Это необходимо для коррекции дрейфа выходного напряжения +2,5 В, появляющегося с прогревом элементов как во входном блоке, так и в кодеке звуковой карты. Так же, при работе в программе SpectraPLUS иногда возникает потребность сместить один из графиков по вертикали, что можно сделать, крутанув один из движков резисторов R11 и R14, установленных на передней панели блока.

На выходах ОУ стоят делители R21R23 и R22R24, ослабляющие сигнал примерно на 3,5 dB. Сделано это для того, чтобы ослабить шумы, возникающие в ОУ. Этого можно и не делать и убрать R21 и R22, но тогда надо увеличить сопротивления резисторов R19 и R20 примерно до 6,8 кОм для того, чтобы на выходе блока постоянное напряжение было +2,5 В. Резисторы R23 и R24 установлены не на плате входного блока, а в звуковой карте на входе кодека. Это позволяет ослабить наводки на сигнальные проводники соединительного кабеля.

Стабилизатор -5 В - стандартная микросхема 7905. Можно поставить и слаботочную 79L05. Фильтрация напряжений 12 В выполнена на LRC элементах. Все электролитические конденсаторы желательно применить с ёмкостью более 1000 мкФ, а дроссели с индуктивностью более 47 мкГн, но в разумных пределах – иначе, при большой индуктивности, импульсные помехи будут проходить через дроссель по межвитковой ёмкости.

Все детали, кроме входного разъёма J, переключателей S1…S4, конденсаторов С1 и С2 и резисторов R11, R13 установлены на фольгированной односторонней печатной плате размером 110х60 мм (рис.4 ) (файл платы в формате программы находится во вложении к статье). Монтаж платы – поверхностный, никаких отверстий сверлить не надо, даже для выводных деталей. Все диоды – КД522 (или КД521) с почти полностью откушенными выводами. Резисторы R1, R2, R5 и R6 – МЛТ, одним выводом припаяны к печатной дорожке, а к другому припаяны провода, идущие от переключателя. Все остальные резисторы и все керамические конденсаторы – smd 0805. Все электролитические конденсаторы лежат на плате и приклеены к ней термоклеем. Дроссели в фильтрах можно применить как отечественные выводные, так и импортные. Операционные усилители - КР140УД608, можно заменить на любые другие общего назначения, главное, чтоб они имели входное сопротивление более 300-400 кОм.

Настраивать собранную плату с подпаянными переменными резисторами можно на столе, впаяв резисторы R23 и R24 и подав на плату двуполярное напряжение от лабораторного источника питания. Убедившись в наличии питания на выводах ОУ и -5 В, надо настроить резисторами R12R14 уровень +2,5 В в точках соединений выходных делителей R21R23 и R22R24. Если что-то не так, подобрать сопротивления R19 и R20. Затем нужно проверит входные цепи, подавая на вход переменные и постоянные напряжения и контролируя их на выходе ОУ. При желании иметь другой коэффициент деления нужно подобрать сопротивления резисторов R5 и R6.

Переключатели S1…S4 марки МТ1 можно заменить на П1Т-1-1. Закреплены они на металлической пластине подходящего размера (рис.5 ). Пластина коротким проводником соединяется с корпусом CD привода. Конденсаторы С1 и С2 – К73-17 ёмкостью 1,5 мкФ на напряжение 160 В, припаяны прямо к выводам S1 и S2. Входное гнездо используется родное CD привода (3,5 мм). Резисторы R11 и R14 взяты с плат старых мониторов. Впаяны в небольшую платку, которая вставляется в предварительно пропиленные пазы в передней части пластмассового каркаса привода (рис.6 ).

Рис.6

Под размер пластикового каркаса была выпилена монтажная плата из фольгированного текстолита (рис.7 ). Чтобы она встала по месту, в ней пропилены пазы и просверлены отверстия. Можно, конечно, сделать плату и не из текстолита, но для того чтобы она нормально крепилась, её толщина должна быть около 1,5 мм.

Плата входного блока установлена на монтажной на латунных стойках от материнских плат (рис.8 ). Под шляпку крепёжных винтов подложены гетинаксовые шайбы, чтобы «земля» платы гальванически не соединилась с корпусом привода, а через него с корпусом системника. Если этого не делать, то через соединительный кабель получится «земляная петля», на которую будут наводиться помехи от электромагнитных импульсов преобразователей.

Схема коммутации входного блока со звуковой картой показана на рисунке 9 . Соединение «земель» обоих устройств происходит только по одному проводу – светло-коричневому.

На рисунках 10 , 11 и 12 показан общий вид и питающий разъём, установленный на задней стенке пластикового каркаса. Разъём взят со старой видеокарты – выпилен прямо с куском печатной платы. Все «земельные» проводники, соединяющие некоторые ножки разъёма между собой, перерезаны. Это сделано всё по той же причине – «земли» должны соединяться в одном месте на звуковой карте. Показанная печатная плата немного отличается от приведенной выше в тексте - на фото вариант с питанием ОУ напряжениями +/-5В и некоторые отличия в дополнительных SMD компонентах, но это не принципиально.

Рис.11

Рис.12

Как я уже говорил, звуковая карта использовалась старая - VIA TREMOR с кодеком VТ1617A. Её чувствительность около 1 V(rms) – дальше она начинает сильно перегружаться. Карта оказалась очень шумливой в используемом компьютере (рис.13 ) и потребовала небольшой доработки, связанной с фильтрацией питания.

Сначала перерезал дорожки питания микросхем VT1723 и VT1617 (красные метки соответственно слева и справа по рисунку 14 ):

Затем навесным монтажом, прямо на плате, распаял CLC фильтр для VT1723 и стабилизатор для VT1617 (рис.15 , рис.16 и рис.17 ). Слева на рисунке 15 буква «А» и следующие за ней цифры – это указаны номера контактов шины PCI со стороны «А».

Рис.16

Рис.17

На рисунке 17 виден проводник, идущий от левой ножки резистора МЛТ ко 2 контакту шины PCI. Это подключение к +12 В. Тонкий провод МГТФ аккуратненько подпаивается к самому краю контактной дорожки. Если получится большая капля припоя – то она может мешать устанавливать карту, упираясь в пластиковый корпус разъёма. На рисунке 18 более подробно показано место припайки провода к контакту -12 В.

Если, вдруг, у карты на шине не окажется контактов +/- 12 В, то их можно сделать, вырезав из медной фольги и приклеив клеем БФ. Так пришлось делать на карте C-MEDIA по питанию -12 В. Прошло уже более трёх лет, сейчас она стоит уже в третьем компьютере и выдержала за это время несколько десятков «передёргиваний».

На рисунке 19 общее фото доработанной карты VIA TREMOR. Виден закреплённый двумя винтами кусок текстолита, к которому жестко закреплён кабель. Обе поверхности этой крепёжной платы заземлены, а на одной из них вырезаны площадки, к которым подпаиваются провода. Входные конденсаторы по линейному входу выпаяны, а к пятачкам дорожек, что идут в кодек, припаяны провода МГТФ, идущие к сигнальным (красному и зелёному) проводам кабеля. Все оплётки, экраны и свободные проводники кабеля припаяны к «земле» на крепёжной плате.

После всех этих экзекуций и установки дополнительных электролитических конденсаторов по питанию в разных местах звуковой платы, шумы стали меньше (рис.20 ), но, к сожалению, всё равно осталась помеха частотой 46,88 Гц и её нечётные гармоники. Они, конечно, уменьшились почти в два раза, но это не тот результат, который хотелось бы получить.

Чем образована эта помеха, пока не разобрался. Но, учитывая, что её уровень менее 100 мкВ (rms), а на частотах выше 1 кГц её гармоники ниже 110 dB, то вполне можно не принимать её во внимание, особенно в режиме осциллографа. Конечно, не удержался и посмотрел, что она из себя представляет. На рисунке 21 видно, что помеха носит цифровой характер, возникает синхронно в обоих каналах и имеет примерно одинаковый уровень – скорее всего, наводится от преобразователя питания процессора. Помогла установка резисторов R23R24 3,9 кОм от входов кодека на землю (при работе вместе со входным блоком). Уровень основной частоты упал до -90 dB, а гармоники выше 5-той ослабились почти до уровня шума. Подпайка дополнительных электролитических конденсаторов по питанию в звуковой карте и керамических по питанию процессора и в блоке питания ощутимых результатов не принесла. Экранировка карты мягкой жестью и «отвязка» от корпуса компьютера тоже не увенчались успехом.

На графике заметно плавное увеличение потенциала в положительную сторону. На самом деле это смещение связанно с нестабильностью питания ОУ и оно не плавное, а хаотичное и находится в диапазоне частот от 0 до 10 Гц. Но уровень этих низкочастотных флуктуаций достаточно мал – не более 1-2 мВ, и при желании, легко лечится установкой стабилизаторов напряжения питания ОУ (такой вариант печатной платы тоже есть во вложении).

На рисунке 22 помеха с предыдущего рисунка, но увеличенная по времени:

При использовании совместно с входным блоком другой звуковой карты (на кодеке CMI8738) эта помеха отсутствует. Возможно, что у карты VIA некорректно разведена «земля» - уж очень там всё примитивно…

Теперь про установки параметров в программе SpectraPLUS и её калибровке. Говорят, что в сети есть описание, как это надо делать правильно, но мне с ним «пересечься» не удалось, поэтому пришлось вспоминать метрологию. И насколько вспомнил, для того чтобы пользоваться устройством как измерительным прибором, надо привязать шкалы программы к реально присутствующим уровням сигналов на входе (здесь рассматриваем звуковую карту и входной блок уже как единое целое).

Образцовый синусоидальный сигнал частотой 1 кГц взял с генератора низкой частоты Г3-118. Уровень контролировал вольтметром прибора ВР-11А и осциллографом. Схема соединений показана на рисунке 23 .

Сначала в меню общей громкости программы Windows находим нужную звуковую карту и в настройках выбираем её для работы на вход и ставим галочку только напротив строки «Лин. вход». Движок-регулятор, отвечающий за чувствительность, выставляем пока в среднее положение.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, весна 2014.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Рисунок 2
OP1, OP2	Операционный усилитель	КР140УД608	2			В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM79L05	1			В блокнот
VD1-VD12	Диод	КД522А	12			В блокнот
R1, R2	Резистор	33 кОм	2	МЛТ-0,25		В блокнот
R3, R4, R21, R22	Резистор SMD 0805	2.2 кОм	4	R3, R4 подбирать (см. текст)

Подключение радиолюбительских устройств к разъемам компьютера при использовании виртуального осциллографа, генератора, анализатора спектра

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

На сайте было рассмотрено несколько радиолюбительских программ для персональных компьютеров имитирующих работу низкочастотных осциллографа, генератора и анализатора спектра – “ “, “ “.

Сегодня мы рассмотрим вопрос подключения проверяемых устройств к виртуальным осциллографу и анализатору спектра, а также вывод сигнала генератора.
В каждом компьютере есть как минимум два выхода со звуковой карты – выход на наушники и выход (точнее вход) для подключения внешнего микрофона. Обычно они обозначаются символами: “выход” – наушники (Speaker), “вход” – микрофон (Mic) . Бывают еще одна разновидность разъемов звуковой карты – так называемые “линейные” – выход для подключения звуковой карты к внешнему усилителю, он обозначается надписью “line Out “, и вход для подключения сигнала с внешнего устройства, он обозначается надписью “line In “. Все эти выходы-входы в основном рассчитаны для подключения стандартного 3,5 мм сетерео разъема (как в обыкновенных стереонаушниках).

Для подключения радиолюбительских устройств для проверки (настройки) к звуковой карте и для вывода сигнала генератора нам потребуется два 3,5 мм разъема, которые можно взять от не нужных стерео наушников. Аккуратно отрезаем провода от разъемов и разбираем их (очищаем от слоя изоляции). В результате вы получите следующее:

Теперь аккуратно припаиваем провода как на рисунке (если вы будете использовать два канала осциллографа или два канала генератора, то тогда нужно припаять еще по одному проводу).
Подключать исследуемые сигналы можно на разъемы “Mic ” и “line In “, а сигнал генератора можно получать на разъемах “Speaker ” и ” line Out “.
При этом вы должны учитывать (для того, чтобы не сжечь звуковую карту) электрические характеристики этих разъемов:
♦ Входные разъемы:
– “Mic” – допускает входящее звуковое напряжение в пределах 500 милливольт (0,5 вольт);
– “line In” – допускает входящее звуковое напряжение в пределах до 2 вольт.
Здесь даны средние электрические характеристики разъемов, а конкретные – зависят от вашей звуковой карты. Уровень входящего сигнала вы можете регулировать на панели операционной системы или на панели звуковой карты.
Если вы уверены, что не допустите превышения максимальных значений входного сигнала, тогда подсоединить устройство можно таким способом:

Думаю, что здесь все понятно. На всякий случай, перед подключением устройства, ставьте регуляторы входного сигнала на минимум, а затем уже повышайте уровень до разумных пределов (В принципе, звуковая карта компьютера, спокойно переживает и подачу на нее сигнала с уровнем до 3 вольт).

Если вы не уверены в своих силах и боитесь сжечь звуковую карту (а бояться естественно надо), то подключить источник исследуемого сигнала можно по такой схеме:

Эта схема подключения позволяет исследовать сигналы с амплитудой до 50 вольт. Такая схема включения диодов (можно применить отечественные КД522) ограничивает максимальное напряжение на входе звуковой карты в пределах чуть более 1 вольта (а конкретно, считаем так – 1 диод – 0,65 вольта, два диода, как в нашем случае – 1,3 вольта, а если подключить по 3 диода, то ограничение составит – 1,95 вольт).

Также можно, усовершенствовав эту схему, включить дополнительный делитель напряжения:

Включение делителя напряжения позволит уменьшить уровень входного сигнала в сотню раз.

Вывести сигнал генератора со звуковой карты можно по такой схеме:

В этой схеме номинал сопротивлений зависит от того, какой разъем мы будем использовать.