Подключение видеоадаптера к монитору

На выбор видеокарты также может повлиять и имеющийся или предполагаемый к приобретению монитор. Или даже мониторы (во множественном числе). Так, для современных LCD-мониторов с цифровыми входами очень желательно, чтобы на видеокарте был разъём DVI, HDMI или DisplayPort. Ещё одна тонкость заключается в том, что если требуется разрешение выше 1920×1200 по цифровому выходу DVI, то обязательно нужно подключать видеокарту к монитору при помощи разъёма и кабеля с поддержкой Dual-Link DVI.

Рассмотрим основные разъёмы, использующиеся для подключения устройств отображения информации.

Аналоговый D-Sub разъём (также известен как VGA-выход или DB-15F)

Рис. 6.27. Разъем VGA.

Это давно известный всем и привычный 15-контактный разъём для подключения аналоговых мониторов. Сокращение VGA расшифровывается как video graphics adapter (видеоадаптер). Разъём предназначен для вывода аналогового сигнала, на качество которого может влиять множество разных факторов, таких, как качество RAMDAC и аналоговых цепей, поэтому качество получаемой картинки может отличаться на разных видеокартах. Кроме того, в современных видеокартах качеству аналогового выхода уделяется меньше внимания, и для получения чёткой картинки на высоких разрешениях лучше использовать цифровое подключение.

Разъёмы D-Sub были фактически единственным стандартом до времени широкого распространения LCD-мониторов. Такие выходы и сейчас часто используются для подключения LCD-мониторов, но лишь бюджетных моделей, которые плохо подходят для игр. Для подключения современных мониторов и проекторов рекомендуется использовать цифровые интерфейсы, одним из наиболее распространенных из которых является DVI.

Разъём DVI (вариации: DVI-I и DVI-D)

Рис. 6.28. Разъем DVI.

DVI — это стандартный интерфейс, чаще всего использующийся для вывода цифрового видеосигнала на ЖК-мониторы, за исключением самых дешевых. На фотографии показана довольно старая видеокарта с тремя разъёмами: D-Sub, S-Video и DVI. Существует три типа DVI-разъёмов: DVI-D (цифровой), DVI-A (аналоговый) и DVI-I (integrated — комбинированный или универсальный):

DVI-D — исключительно цифровое подключение, позволяющее избежать потерь в качестве из-за двойной конвертации цифрового сигнала в аналоговый и из аналогового в цифровой. Этот тип подключения предоставляет максимально качественную картинку, он выводит сигнал только в цифровом виде, к нему могут быть подключены цифровые LCD-мониторы с DVI-входами или профессиональные ЭЛТ-мониторы со встроенным RAMDAC и входом DVI (весьма редкие экземпляры, особенно сейчас). От DVI-I этот разъём отличается физическим отсутствием части контактов. Чаще всего этот тип DVI применяется в системных платах с интегрированным видеоядром, на видеокартах он встречается реже.

DVI-A — это довольно редкий тип аналогового подключения по DVI, предназначенного для вывода аналогового изображения на ЭЛТ-приемники. В этом случае сигнал ухудшается из-за двойного цифрово-аналогового и аналогово-цифрового преобразования, его качество соответствует качеству стандартного VGA-подключения. В природе почти не встречается.

DVI-I — это комбинация двух вышеописанных вариантов, способная на передачу как аналогового сигнала, так и цифрового. Этот тип применяется в видеоплатах наиболее часто, он универсален и при помощи специальных переходников, идущих в комплекте поставки большинства видеокарт, к нему можно подключить также и обычный аналоговый ЭЛТ-монитор со входом DB-15F.

Рис. 6.29. Переходники DVI-VGA.

 

Во всех современных видеокартах есть хотя бы один DVI-выход, а то и два универсальных разъёма DVI-I. D-Sub чаще всего отсутствуют (но их можно подключать при помощи переходников), кроме, опять же, бюджетных моделей. Для передачи цифровых данных используется или одноканальное решение DVI Single-Link, или двухканальное — Dual-Link. Формат передачи Single-Link использует один TMDS-передатчик (165 МГц), а Dual-Link — два, он удваивает пропускную способность и позволяет получать разрешения экрана выше, чем 1920×1080 и 1920×1200 на 60 Гц, поддерживая режимы очень высокого разрешения, вроде 2560×1600. Поэтому для самых крупных LCD-мониторов с большим разрешением, таких как 30-дюймовые модели, а также мониторов, предназначенных для вывода стереокартинки, обязательно будет нужна видеокарта с двухканальным выходом DVI Dual-Link или HDMI версии 1.3.

Разъём HDMI

В последнее время широкое распространение получил новый бытовой интерфейс — High Definition Multimedia Interface. Этот стандарт обеспечивает одновременную передачу визуальной и звуковой информации по одному кабелю, он разработан для телевидения и кино, но и пользователи ПК могут использовать его для вывода видеоданных при помощи HDMI-разъёма.

Рис. 6.30. Разъем HDMI.

На фото слева — HDMI, справа — DVI-I. HDMI-выходы на видеокартах сейчас встречаются уже довольно часто, и таких моделей всё больше, особенно в случае видеокарт, предназначенных для создания медиацентров. Просмотр видеоданных высокого разрешения на компьютере требует видеокарты и монитора, поддерживающих систему защиты содержимого HDCP, и соединенных кабелем HDMI или DVI. Видеокарты не обязательно должны нести разъём HDMI на борту, в остальных случаях подключение HDMI-кабеля осуществляется и через переходник на DVI.

HDMI — это очередная попытка стандартизации универсального подключения для цифровых аудио- и видеоприложений. Оно сразу же получило мощную поддержку со стороны гигантов электронной индустрии (в группу компаний, занимающихся разработкой стандарта, входят такие компании, как Sony, Toshiba, Hitachi, Panasonic, Thomson, Philips и Silicon Image), и большинство современных устройств вывода высокого разрешения имеет хотя бы один такой разъём. HDMI позволяет передавать защищенные от копирования звук и изображение в цифровом формате по одному кабелю, стандарт первой версии основывается на пропускной способности 5 Гбит/с, а HDMI 1.3 расширил этот предел до 10,2 Гбит/с.

HDMI 1.3 — это обновленная спецификация стандарта с увеличенной пропускной способностью интерфейса, увеличенной частотой синхронизации до 340 МГц, что позволяет подключать дисплеи высокого разрешения, поддерживающие большее количество цветов (форматы с глубиной цвета вплоть до 48 бит). Новой версией спецификации определяется и поддержка новых стандартов Dolby для передачи сжатого звука без потерь в качестве. Кроме этого, появились и другие нововведения, в спецификации 1.3 был описан новый разъём mini-HDMI, меньший по размеру по сравнению с оригинальным. Такие разъёмы также используются на видеокартах.

HDMI 1.4b — это последняя новая версия данного стандарта, вышедшая не так давно. В HDMI 1.4 появились следующие основные нововведения: поддержка формата стереоотображения (также называемого «3D») с поочередной передачей кадров и активными очками для просмотра, поддержка Fast Ethernet-соединения HDMI Ethernet Channel для передачи данных, реверсивный аудиоканал, позволяющий передавать цифровой звук в обратном направлении, поддержка форматов разрешения 3840×2160 до 30 Гц и 4096×2160 до 24 Гц, поддержка новых цветовых пространств и самый маленький разъём micro-HDMI.

В HDMI 1.4a поддержка стереоотображения была значительно улучшена, появились новые режимы Side-by-Side и Top-and-Bottom в дополнение к режимам спецификации 1.4.

Собственно, наличие именно разъёма HDMI на видеокарте необязательно, во многих случаях его может заменить переходник с DVI на HDMI. Он несложен и поэтому прилагается в комплекте большинства современных видеокарт. Мало того, современные GPU имеют встроенный аудиочип, необходимый для поддержки передачи звука по HDMI. На всех современных видеокартах AMD и NVIDIA нет необходимости во внешнем аудиорешении и соответствующих соединительных кабелях, и передавать аудиосигнал с внешней звуковой карты не нужно.

Передача видео- и аудиосигнала по одному HDMI-разъёму востребована прежде всего на картах среднего и низшего уровней, которые устанавливают в маленькие и тихие баребоны, используемые в качестве медиацентров, хотя и в игровых решениях HDMI применяется часто, во многом из-за распространения бытовой техники с такими разъёмами.

Разъём DisplayPort

Постепенно, в дополнение к распространенным видеоинтерфейсам DVI и HDMI, на рынке появляются решения с интерфейсом DisplayPort. Single-Link DVI передаёт видеосигнал с разрешением до 1920×1080 пикселей, частотой 60 Гц и 8 бит на компоненту цвета, Dual-Link позволяет передавать 2560×1600 на частоте 60 Гц, но уже 3840×2400 пикселей при тех же условиях для Dual-Link DVI недоступны. У HDMI почти те же ограничения, версия 1.3 поддерживает передачу сигнала с разрешением до 2560×1600 точек с частотой 60 Гц и 8 бит на компоненту цвета (на более низких разрешениях — и 16 бит). Хотя максимальные возможности у DisplayPort немногим выше, чем у Dual-Link DVI, лишь 2560×2048 пикселей при 60 Гц и 8 бит на цветовой канал, но у него есть поддержка 10-битного цвета на канал при разрешении 2560×1600, а также 12 бит для формата 1080p.

Первая версия цифрового видеоинтерфейса DisplayPort была принята VESA (Video Electronics Standards Association) весной 2006 года. Она определяет новый универсальный цифровой интерфейс, не подлежащий лицензированию и не облагаемый выплатами, предназначенный для соединения компьютеров и мониторов, а также другой мультимедийной техники. В группу VESA DisplayPort, продвигающую стандарт, входят крупные производители электроники: AMD, NVIDIA, Dell, HP, Intel, Lenovo, Molex, Philips, Samsung.

Основным соперником DisplayPort является разъём HDMI с поддержкой защиты от записи HDCP, хотя он предназначен скорее для соединения бытовых цифровых устройств, вроде плееров и HDTV-панелей. Ещё одним конкурентом раньше можно было назвать Unified Display Interface — менее дорогую альтернативу разъёмам HDMI и DVI, но основной её разработчик, компания Intel, отказалась от продвижения стандарта в пользу DisplayPort.

Отсутствие лицензионных выплат важно для производителей, ведь за использование в своей продукции интерфейса HDMI они обязаны выплачивать лицензионные сборы организации HDMI Licensing, которая затем делит средства между держателями прав на стандарт: Panasonic, Philips, Hitachi, Silicon Image, Sony, Thomson и Toshiba. Отказ от HDMI в пользу аналогичного «бесплатного» универсального интерфейса сэкономит производителям видеокарт и мониторов приличные средства — понятно, почему им DisplayPort понравился.

Технически, разъём DisplayPort поддерживает до четырёх линий передачи данных, по каждой из которых можно передавать 1,3, 2,2 или 4,3 гигабит/с, всего до 17,28 гигабит/с. Поддерживаются режимы с глубиной цвета от 6 до 16 бит на цветовой канал. Дополнительный двунаправленный канал, предназначенный для передачи команд и управляющей информации, работает на скорости 1 мегабит/с или 720 мегабит/с и используется для обслуживания работы основного канала, а также передачи сигналов VESA EDID и VESA MCCS. Также, в отличие от DVI, тактовый сигнал передаётся по сигнальным линиям, а не отдельно, и декодируется приёмником.

DisplayPort имеет опциональную возможность защиты контента от копирования DPCP (DisplayPort Content Protection), разработанную компанией AMD и использующую 128-битное AES-кодирование. Передаваемый видеосигнал несовместим с DVI и HDMI, но по спецификации допускается их передача. На данный момент DisplayPort поддерживает максимальную скорость передачи данных 17,28 гигабит/с и разрешение 3840×2160 при 60 Гц.

Основные отличительные особенности DisplayPort: открытый и расширяемый стандарт; поддержка форматов RGB и YCbCr; поддержка глубины цвета: 6, 8, 10, 12 и 16 бит на цветовую компоненту; передача полного сигнала на 3 метра, а 1080p — на 15 метров; поддержка 128-битного AES-кодирования DisplayPort Content Protection, а также 40-битного High-bandwidth Digital Content Protection (HDCP 1.3); бо́льшая пропускная способность по сравнению с Dual-Link DVI и HDMI; передача нескольких потоков по одному соединению; совместимость с DVI, HDMI и VGA при помощи переходников; простое расширение стандарта под изменяющиеся потребности рынка; внешнее и внутреннее присоединение (подсоединение LCD-панели вноутбуке, замена внутренним LVDS-соединениям).

Обновленная версия стандарта — 1.1, появилась через год после 1.0. Её нововведениями стала поддержка защиты от копирования HDCP, важная при просмотре защищенного контента с дисков Blu-ray и HD DVD, и поддержка волоконно-оптических кабелей в дополнение к обычным медным. Последнее позволяет передавать сигнал на ещё бо́льшие расстояния без потерь в качестве.

В DisplayPort 1.2, утверждённом в 2009 году, была вдвое увеличена пропускная способность интерфейса, до 17,28 гигабит/с, что позволило поддержать более высокие разрешения, частоту обновления экрана и глубину цвета. Также именно в 1.2 появилась поддержка передачи нескольких потоков по одному соединению для подключения нескольких мониторов, поддержка форматов стереоотображения и цветовых пространств xvYCC, scRGB и Adobe RGB. Появился и уменьшенный разъём Mini-DisplayPort для портативных устройств.

Полноразмерный внешний разъём DisplayPort имеет 20 контактов, его физический размер можно сравнить со всем известными разъёмами USB. Новый тип разъёма уже можно увидеть на многих современных видеокартах и мониторах, внешне он похож и на HDMI, и на USB, но также может быть оснащён защёлками на разъёмах, аналогичным тем, что предусмотрены в Serial ATA.

Рис. 6.31. Разъем DisplayPort

Перед тем как AMD купила компанию ATI, последняя сообщила о поставках видеокарт с разъёмами DisplayPort — уже в начале 2007 года, но слияние компаний отодвинуло это появление на какое-то время. В дальнейшем AMD объявила DisplayPort стандартным разъёмом в рамках платформы Fusion, подразумевающей унифицированную архитектуру центрального и графического процессоров в одном чипе, а также будущих мобильных платформ. NVIDIA не отстаёт от соперника, выпуская широкий ассортимент видеокарт с поддержкой DisplayPort.

Из производителей мониторов, объявивших о поддержке и анонсировавших DisplayPort-продукты, первыми стали Samsung и Dell. Естественно, такую поддержку получили сначала новые мониторы с большим размером диагонали экрана и высоким разрешением. Существуют переходники DisplayPort-to-HDMI и DisplayPort-to-DVI, а также DisplayPort-to-VGA, преобразующий цифровой сигнал в аналоговый. То есть даже в случае присутствия на видеокарте исключительно разъёмов DisplayPort, их можно будет подключить к любому типу монитора.

Кроме вышеперечисленных разъёмов, на старых видеокартах также иногда встречаются композитный разъём и S-Video (S-VHS) с четырьмя или семью штырьками. Чаще всего они используются для вывода сигнала на устаревшие аналоговые телевизионные приемники, и даже на S-Video композитный сигнал зачастую получают смешиванием, что негативно влияет на качество картинки. S-Video лучше по качеству, чем композитный «тюльпан», но оба они уступают компонентному выходу YPbPr. Такой разъём есть на некоторых мониторах и телевизорах высокого разрешения, сигнал по нему передается в аналоговой форме и по качеству сравним с интерфейсом D-Sub. Впрочем, в случае современных видеокарт и мониторов обращать внимание на все аналоговые разъёмы просто не имеет никакого смысла.

Рис. 6.32. Разъем S-VHS.

Аудиосистема ПК

Аудиосистемой ПК называют комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих запись, воспроизведение и обработку звука с помощью компьютера. К аппаратной части аудиосистемы относятся звуковая карта ПК (аудиоадаптер) акустическая система (динамики, обычно активные, т.е. со встроенным усилителем и наушники) и микрофон.

Особенностью звуковой системы компьютера является то, что звук, т.е. распространение волн в атмосфере, является аналоговым (т.е. непрерывно и плавно меняющимся во времени) явлением. Компьютер же является системой, обрабатывающей цифровые сигналы. Следовательно, любая работа компьютера со звуком состоит из трех этапов.

- Преобразование аналогового звука в цифровой электрический сигнал (аналого-цифровое преобразование, АЦП).

- Цифровая обработка информации по заданным той или иной программой алгоритмам (например, цифровая фильтрация).

- Обратное преобразование звука в аналоговую форму для его восприятия человеком (цифро-аналоговое преобразование, ЦАП).

Соответственно, аудиоадаптер и является устройством, преобразующим аналоговые сигналы в цифровые и обратно для ввода/вывода звука в ПК.

Поскольку IBM PC проектировался не как мультимедийная машина, а инструмент для решения научных и деловых задач, звуковая карта на нём не была предусмотрена и даже не запланирована. Единственный звук, который издавал компьютер, был звук встроенного динамика, сообщавший о неисправностях. (На компьютерах фирмы Apple звук присутствовал изначально). Долгое время по рукам пользователей ПК ходили программы (обычно самодельные), которые с помощью стандартной компьютерной «пищалки» могли проигрывать аудиофайлы, обеспечивать звук в играх, даже заставляли компьютер «говорить».

В 1986 году в продажу поступило устройство фирмы Covox Inc. Оно присоединялось к принтерному порту IBM PC и позволяло воспроизводить монофонический цифровой звук. Пожалуй, Covox можно считать первой внешней звуковой платой. Covox был очень дёшев и прост по устройству и оставался популярным в течение 90-х годов. Появилось большое количество модификаций, в том числе — для воспроизведения стереофонического звучания.

В 1988 году фирма Creative Labs выпустила устройство Creative Music System (С/MS, позднее также продавалась под названием Game Blaster) на основе двух микросхем звукогенератора Philips SAA 1099, каждая из которых могла воспроизводить по 6 тонов одновременно. Примерно в это же время компания AdLib выпустила свою карту, одноимённую с названием фирмы, на основе микросхемы YM3812 фирмы Yamaha. Данный синтезатор для генерации звука использовал принцип частотной модуляции(FM, frequency modulation). Данный принцип позволял получить более естественное звучание инструментов, чем у Game Blaster.

Вскоре Creative выпустили карту на той же микросхеме, полностью совместимую с AdLib, но превосходящую её по качеству звучания. Эта плата стала основой стандарта Sound Blaster, который в 1991 году Microsoft включила в стандарт Multimedia PC (MPC). Однако эти карты имели ряд недостатков: искусственное звучание инструментов и большие объёмы файлов, одна минута качества AUDIO-CD занимала порядка 10 Мегабайт.

Одним из методов сокращения объёмов, занимаемых музыкой, является MIDI (Musical Instrument Digital Interface) — способ записи команд, посылаемых инструментам. MIDI-файл (обычно это файл с расширением mid) содержит ссылки на ноты. Когда MIDI-совместимая звуковая карта получает эту ссылку, она ищет необходимый звук в таблице (Wave Table). Стандарт General MIDI описывает около 200 звуков. Карты, поддерживающие этот стандарт, обычно имеют память, в которой хранятся звуки, либо используют для этого память компьютера. Одной из первых wavetables-карт была Gravis Ultrasound, получившая в России прозвище «Гусь» (от сокращённого названия GUS). Creative, стремясь упрочить своё положение на рынке, выпустила собственный звуковой процессор EMU8000 (EMU8K) и музыкальную плату на его основе Sound Blaster AWE32, которая была, несомненно, лучшей картой того времени. «32» — это количество голосов MIDI-синтезатора в карточке.

С возрастанием мощности процессоров, постепенно стала отмирать шина ISA, на которой работали все предыдущие звуковые карты, и многие производители переключились на выпуск карты для шины PCI. В 1998 году компания Creative вновь делает широкий шаг в развитии звука и выпуском карты Sound Blaster Live! на аудиопроцессоре EMU10K, который поддерживал технологию EAX, устанавливает новый стандарт для IBM PC, который остаётся (в усовершенствованном виде) актуален и по сей день.

В современных ПК обычно используется один из четырех видов аудиоадаптеров, интегрированные, аудиокарты PCI, аудиокарты PCIe, и внешние видеокарты.

Аудиокарты PCI и PCIe (PCI Express) представляют собой платы расширения, подключаемые к материнской плате ПК через соответствующий слот.

 

Рис. 6.33. PCI и PCIe аудиокарты.

В литературе и Интернете встречаются различные мнения на тему, какая из них лучше.

Особенности и различия шин PCI и PCIExpress были рассмотрены выше, поэтому, не останавливаясь на этом более, отметим следующее. Обработка звука не требует такой скорости передачи информации, как изображение. Аудиозаписи даже очень высокого качества имеют битрейт не выше 192 Кбит/с. С такой скоростью шина PCI вполне справляется, поэтому выигрыша в качестве карта PCIe дать не может. Другое дело, что стандарт PCI «умирает». Как уже говорилось выше, количество слотов PCI в новых материнских платах мало, а то и вовсе нет. Так что в перспективе надежнее купить PCIe, но если PCI карта уже есть, то можно и сэкономить (совет для отважных компьютерщиков, не боящихся вскрыть системный блок).

Однако, для большинства современных материнских плат широкого применения, звуковая карта может просто не понадобиться. Очень часто материнская плата содержит встроенный (интегрированный) аудиоадаптер. Если интегрированные видеоадаптеры уважением у компьютерщиков не пользуются (слишком слабы обычно их возможности), то встроенные аудиоадаптеры ничем не уступают отдельным аудиокартам. Схемотехника аудиоадаптеров достаточно проста, стоимость материнской платы серьезно не возрастает, а производитель получает возможность сэкономить пользователю слот расширения и не отдавать решение проблемы на откуп третьим фирмам. В современных материнских платах аудиоадаптеры представляют собой интегрированные в материнскую плату аппаратного кодеки (устройства кодирования/декодирования) согласно спецификации Intel AC’97 или Intel HD Audio.

AC’97

AC’97 (сокращенно от англ. audio codec '97) — это стандарт для аудиокодеков, разработанный подразделением Intel Architecture Labs компании Intel в 1997 г. AC’97 поддерживает частоту дискретизации 96 кГц при использовании 20-разрядного стерео-разрешения и 48 кГц при использовании 20-разрядного стерео для многоканальной записи и воспроизведения.

AC’97 состоит из встроенного в южный мост чипсета хост-контроллера и расположенного на плате аудиокодека. Хост-контроллер (он же цифровой контроллер, DC’97; англ. digit controller) отвечает за обмен цифровыми данными между системной шиной и аналоговым кодеком. Аналоговый кодек — это небольшой чип (4×4 мм, корпус TSOP, 48 выводов), который осуществляет аналогоцифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи или по DMA. Состоит из узла, непосредственно выполняющего преобразования — АЦП/ЦАП (аналого-цифровой преобразователь / цифроаналоговый преобразователь; англ. analog digital converter / digital analog converter, сокр. ADC/DAC). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и декодирования цифрового звука.

HD Audio

HD Audio (от англ. high definition audio — звук высокой четкости) является эволюционным продолжением спецификации AC’97, предложенным компанией Intel в 2004 году, обеспечивающим воспроизведение большего количества каналов с более высоким качеством звука, чем при использовании интегрированных аудиокодеков AC’97. Аппаратные средства, основанные на HD Audio, поддерживают 24-разрядное качество звучания (до 192 кГц в стереорежиме, до 96 кГц в многоканальном режимах — до 8 каналов).

Формфактор кодеков и передачи информации между их элементами остался прежним. Изменилось только качество микросхем и подход к обработке звука.

Преимуществами HD Audio являются лучшее качество выходного звука, поддержка современных форматов звукозаписи, полное автоопределение и отсутствие необходимости устанавливать драйвер, лучшие возможности в области распознавания звука.

Внешние аудиоадаптеры являются устройствами, как говорится «на любителя». Даже в рекламе большинства таких устройств, их конкретные преимущества описываются достаточно невнятно. Зато есть красивая коробка и захватывающее описание раскрывающихся перед пользователем перспектив, чаще с упором на качество звука в играх. Такие аудиоадаптеры соединяются с ПК обычно через интерфейс USB, IEEE 1394 (FireWire) или беспроводной интерфейс.

Устройство аудиокарты

Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука, размеров и типа интерфейса, все они имеют примерно одну структуру (Рис. 6.34).

Рис. 6.34. Структурная схема звуковой карты ПК

Подключение внешних устройств к обычной звуковой карте производится через разъемы (Рис.6.35), которые расположены на металлической панели, выходящей на заднюю стенку системного блока. Во многих компьютерах, с целью удобства подключения устройств, разъемы выведены также и на переднюю панель компьютера, или располагаются сбоку на системном блоке в передней его части. Для обеспечения возможности такого подключения ряд звуковых карт имеют дополнительные разъемы для подключения кабелей расширения (рис. 6.36 – верхняя часть карты). В компьютерах с интегрированной аудиосистемой разъемы, чаще всего имеются и на задней (планка задней панели ПК с разъемами давно унифицирована) и на передней панели ПК. Минимальное количество разъемов - 3. Сигналы на вход звуковой карты поступают с разъемов Line In и Mic In - линейных и микрофонных входов. Отдельный вход Mic In предусмотрен из-за того, что у микрофонов сигнал имеет низкий уровень и его нужно усиливать до нормального уровня, перед тем, как направлять на преобразователь. Поэтому на микрофонных входах звуковой карты всегда установлен предусилитель - небольшая схема, повышающая уровень сигнала но нормального (линейного) уровня. Еще один разъем – выходной (Line Out, линейный выход), к которому подключается акустическая система (колонки) или наушники. Для того, чтобы трудно было перепутать разъемы, был принят стандарт PC99 Design Guide, в котором прописана маркировка разъемов цветом (рис. 6.36, справа). Линейный выход помечается салатным цветом, линейный вход – синим, вход микрофонный – розовым.

На некоторых типах звуковых плат установлены дополнительные разъемы: игровой порт (желтый цвет), выходы для дополнительных динамиков (задние динамики – черный, средние динамики – серый, сабвуфер – оранжевый), вход Aux In (для подключения дополнительных входных устройств, обычно темно синий или синий).

Рис. 6.35. Разъемы звуковой карты.

Эти разъемы обычно выполнены на разъемах типа "мини-джек" (такие разъемы используются для подключения наушников в портативных плейерах), хотя применяются и другие типы разъемов (рис. 6.37).

RCA (тюльпан)

TRS 1/4" (большой джек)

TRS 1/8" (мини джек)

XLR

Рис. 6.37. Виды разъемов, применяемые в звуковых картах.

 

Вход проигрывателя компакт-дисков как правило расположен не на задней панели звуковой платы, а прямо на ней, среди микросхем и других радиодеталей. Если у нас есть привод CD-ROM, то можно связать его выход с этим входом звуковой карты. Такое соединение позволит слушать аудио компакт-диски и оцифровывать звук прямо с привода.

Кроме всех перечисленных входов, на задней панели звуковой карты частенько есть 15-пиновый разъем MIDI/джойстик порта, который служит для подключения любых внешних MIDI-устройств (синтезаторов, MIDI-клавиатур и т.д.) или джойстика, если карта используется для игр. На специализированных звуковых картах MIDI-порт может иметь не стандартный 15-пиновый разъем, а любой другой. Но в этих случаях всегда прилагается особый переходник. Встроенные карты, MIDI-порта обычно не имеют, подключение MIDI устройств осуществляется через порт USB.

Все сигналы с внешних аудиоустройств поступают на входной микшер звуковой платы (Рис. 6.34). Входной микшер выполняет смешивание входных сигналов (сложение электрических колебаний) и регулирование уровня сигнала для каждого входного источника. Микшер также имеет возможность регулировки баланса (отношение уровня сигнала левого канала к уровню сигнала правого канала) или уровня сигнала отдельно для каждого канала. Микшер управляется соответствующим ЦАП, т.к. все уровни сигналов задаются программно, и, соответственно, в цифровом коде. Входной микшер не выполняет усиление сигнала, но может быть интегрирован с предварительным усилителем..

Следует помнить, что цифровая техника очень чувствительна к превышению уровня 0 дБ (соответствует напряжению около 775 мВ) - при этом возникают неприятные искажения. А слишком же низкий уровень записи не позволит передать весь динамический диапазон записываемого музыкального инструмента. То есть любая работа по записи "живого" звука в домашней студии будет начинаться именно с регулировки уровня сигнала при помощи входного микшера звуковой карты.

Предварительный усилитель осуществляет усиление сигнала на входе (микрофон или линейный вход) до значения, необходимого для работы входного АЦП. Усилитель также согласует сопротивление микрофона и выходное сопротивление устройства, подключённого к линейному входу, с входным сопротивлением входного микшера.

Если подключаемый ко входу микрофон является электретным (конденсаторным), то на входе усилителя ставится схема для преобразования сигнала с микрофона, так как в конденсаторном микрофоне изменяется ёмкость при изменении звукового давления, а для усиления требуется сигнал с изменяющейся амплитудой.

Для обеспечения высокого качества записи, предварительный усилитель должен иметь малый коэффициент собственных шумов, малый коэффициент гармоник и хорошую амплитудно-частотную характеристику в заданном диапазоне частот (неравномерность частотной характеристики для диапазона частот 20 - 20000Гц не должна превышать +/-5Дб).

Аналого-цифровойй преобразователь выполняет преобразование аналогового сигнала в цифровой. Аналого-цифровое преобразование заключается в разбиении непрерывного (аналагового) звукового сигнала в последовательность отсчетов (эта операция называется дискретизацией) и последующем определении значения каждого отсчета (эта операция называется квантованием по уровню). Важнейшим параметром при дискретизации является частота дискретизации – т.е. частота, с которой АЦП производит выборку отсчетов. Частоты дискретизации звуковых карт обычного класса составляют 44,1 кГц или 48 кГц, что обеспечивает неискаженное преобразование звука с частотой менее 22-24 кГц (более высокочастотных звуков человеческое ухо просто не слышит). Профессиональные звуковые адаптеры могут работать с частотами дискретизации 96 и 192 кГц (качества звука напрямую это не улучшает, но позволяет производить дальнейшую обработку звука и его сжатие без искажений). Частота 44,1 кГц является стандартной для записи звука в стандарте CD Audio, 48 кГц – стандарт DAT, 192 кГц – стандарт DVD Audio. Квантование по уровню получает мгновенные значения уровня сигнала с погрешностью, определяемой разрядностью АЦП (10- разрядный АЦП позволяет выбрать одно из 1024 возможных значений, т.е. имеет погрешность около 0,1%). Для АЦП также очень важны такие параметры, как отношение сигнал-шум, коэффициент гармонических искажений и динамический диапазон. Например, отношение сигнал шум 75-90 дБ свойственно бюджетным аудиокартам. Профессиональные звуковые адаптеры имеют отношение сигнал-шум порядка 100-114 дБ. Строго говоря, разрядность АЦП, отношение сигнал-шум и динамический диапазон связаны между собой. Рассуждая чисто технически, разрядности АЦП, равной 16, вполне хватает для обработки звука. Уже упомянутые стандарты CD Audio и DAT предусматривают 16-разрядное представление звука. Дальнейшее повышение разрядности АЦП не приводит к повышению точности и снижению шумов, т.к. начинают сказываться неидеальности и шумы других узлов схемы, помехи и т.д. Но динамический диапазон (т.е отношение максимального уровня обрабатываемого сигнала к его минимальному уровню, растет с ростом разрядности АЦП. 16-разрядный АЦП может обеспечить динамический диапазон не более 96 дБ, для диапазона в 120 дБ нужен 20-разрядный АЦП. Современные звуковые адаптеры, предназначенные для точной обработки звука применяют 24- и даже 32-разрядные АЦП. Бюджетные карты ограничиваются 16-разрядными, по качеству воспроизведения аудиофайлов они ничем не хуже.

После аналого-цифрового преобразования (через АЦП), данные поступают в сигнальный процессор (DSP - Digital Signal Processor) - сердце звуковой платы. Этот процессор управляет обменом данными со всеми остальными устройствами компьютера через системную шину.
Если центральный процессор выполняет программу записи звука, то цифровые данные поступают либо прямо на жесткий диск, либо в оперативную память компьютера (это зависит от выполняемой программы). Если в дальнейшем присвоить этим данным любое имя - получится звуковой файл. При воспроизведении звукового файла данные с жесткого диска через шину поступают в сигнальный процессор звуковой платы, который направляет их на цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП (Рис. 6.34). Чтобы работать с современными музыкальными программами звуковая карта должна поддерживать запись в режиме full duplex [фулл дуплекс]. При записи в этом режиме сигнальный процессор одновременно может работать с двумя потоками цифровых аудиоданных: идущих с АЦП через шину к другим устройствам компьютера, и поступающих с жесткого диска на ЦАП. То есть режим full duplex - это запись одновременно с воспроизведением. Благодаря этому режиму можно использовать звуковую карту как многоканальный музыкальный центр.

Выходной ЦАП преобразует цифровой сигнал на выходе сигнального процессора в выходной аналоговый сигнал. Сигнал в контроллере может быть получен с входного ЦАП или с шины ISA/PCI через канал прямого доступа к памяти (DMA) из памяти компьютера, а также путём FM-синтеза. Недорогие карты имеют 16-18-разрядные ЦАП. Большинство современных звуковых адаптеров используют ЦАП с разрядностью, равной 24. ЦАП переводит поcледовательноcти битов в аналоговый cигнал c переменной амплитудой и частотой который, в свою очередь, поступает на выходной микшер. Работает ЦАП следующим образом: к выходам дешифраторов подключены наборы резисторов; дешифраторы преобразуют цифровой код на своём входе в высокий или низкий логический уровень на одном из своих выходов. Так как к выходам подключены резисторы различных сопротивлений, напряжение, получаемое на выходе, линейно зависит от числа, определяемого цифровым кодом.

Выходной микшер практически идентичен входному и управляется при помощи той же самой программы (у нее существует два разных окна для входных и выходных сигналов).