DISPOZITIVE AUDIO - Caracteristicile placilor de sunet

DISPOZITIVE AUDIO - Caracteristicile placilor de sunet.

Sunetul este un fenomen fizic inteles ca o variatie rapida a presiunii aerului. Deplasarea unui obiect creeaza infata obiectului o zona de presiune ridicata, iar inspatele acestuia o zona de presiune joasa. Presiunea ridicata impinge aerul intoate directiile, dupa care aerul se imprastie si presiunea scade.

Simpla mutare a unui obiect creeaza un curent de aer. Sunetul apare atunci cat obiectul este deplasat cu viteza mare, intr-o miscare oscilanta.

Pentru a se propaga, sunetul are nevoie de un mediu de transmisie. Viteza acestuia nu depinde de obiectul deplasat, insa depinde de densitatea aerului (sau a mediului de transmisie). Cu cindensitatea este mai mare, cu atineste mai mare viteza sunetului iar intensitatea scade o data cu distanta, pe masura ce tot mai mult aer intervine inciclurile de comprimare-decomprimare.

Corpul omenesc poseda un mecanism numit ureche, care detecteaza variatiile de presiune sau undele sonore. Acesta este un dispozitiv mecanic, un convertizor reglat sa reactioneze la variatiile de presiune care creeaza sunetul.

Pentru a manipula sunetele, PC-ul are nevoie de o forma convenabila, corespondenta sunetului din electronica denumita componenta audio analogica, care foloseste semnale electrice pentru a reprezenta intensitatea undelor acustice.

Aceste semnale sunt transformate ininteriorul PC-ului insemnale audio digitale, compatibile cu microprocesoarele, cu alte circuite digitale si cu sistemele acustice.

In plus, calculatorul poate genera propriile sale semnale digitale prin procesul denumit sinteza. Pentru a reface sunetele initiale din aceste semnale digitale se utilizeaza un circuit propriu audio denumit placa de sunet care include convertorul digital-analogic si un amplificator (contine un fel de sintetizator).

Ultima etapa este de a transmite semnalele convertite la difuzoarele externe, care le transforma inunde acustice.

1) Componenta audio analogica

Sunetul este un fenomen analogic, cu doua caracteristici de baza: intensitatea (amplitudinea) si frecventa – care variaza intr-un domeniu foarte mare de valori.

Frecventa se masoara inhertzi, domeniul frecventelor receptionate de om fiind 20 la 15000 Hz sau chiar 20000 Hz.

Frecventele joase corespund notelor de bas, iar cele ￡lte sunetelor ridicate, stridente care compun tonurile superioare din muzica.

Frecventele joase au lungimi de unda mari, de ordinul a 3 m pentru notele de bas mijlocii si ceea ce permite ocolirea usoara a obiectelor si umplerea unei camere cu un singur difuzor. Auzul uman nu este sensibil la frecvente joase, deci sursa frecventelor joase nu poate fi localizata usor, ceea ce permite proiectantilor utilizarea unui singur difuzor pentru frecvente joase, denumit subwoofer.

Amplitudinea descrie intensitatea sau puterea sunetului si este denumita nivel de presiune sonora. Pragul auzului uman este de 0,0002 microbari, adica 1/5.000.000.000 din presiune atmosferica normala, urechea umana fiind un detector foarte sensibil la variatiile de presiune.

Decibelii sunt utilizati la masurarea nivelului intensitatii sonore. Unitatea de baza este belul, denumit dupa Alexander Graham Bell, dar uzual se lucreaza cu decibelul, care este de fapt o relatie intre doua valori masurate.

Un bel este raportul dintre doua puteri exprimate informa logaritmica de exemplu, o sursa sonora puternica are 1 watt, iar una mai slaba un miliwatt, ceea ce duce la un raport de 1000:1. Logaritm din 1000 este 3, deci relatia este de 3 beli sau 30 decibeli adica un watt este mai puternic cu 30 decibeli decinun miliwatt.

Decibelii descriu cu aproximatie puterea sunetelor, pentru urechea umana un sunet de doua ori mai puternic nu are o sursa de doua ori mai puternica datorita functiei logaritmice a auzului uman.

Pentru om, un sunet de doua ori mai intens trebuie generat cu o putere de 10 ori mai mare, ceea ce inseamna o crestere a nivelului cu 3 decibeli (log10=0.3beli=3 decibeli).

Cel mai raspatit la sistemele acustice este sistemul de masurare indBm. 0 dBm=1miliwatt incircuitul de 600 ohmi.

Unitatile de volul se masoara cu VUmetre, 0 semnificat nivelul de 4dB peste 0 dBm.

Impedanta: toate circuitele strabatute de curent se incalzesc, datorita caracteristicii numita rezistenta, masurata inohmi. Opusul rezistentei este conductivitatea, masurata inmho.

Opozitia circuitelor audio la fluxul de curent alternativ, sensibila la frecventa curentului se numeste reactanta. Suma rezistentei si reactantei unui circuit la o frecventa data se numeste impedanta.

Cat impedanta sursei nu corespunde cu cea adispozitivului destinatie se pierde putere electrica. Adaptarea impedantelor este cea mai importanta problema la conectarea difuzoarelor. Daca un difuzor are o impedanta prea mica poate genera curenti peste capacitatea circuitelor de iesire ale amplificatorului defectatu-l.

La circuitele audio de nivel scazut mai important este voltajul semnalului, nivelurile de tensiune asteptate trebuind sa fie identice pe circuitele conectate. Cele mai multe circuite de nivel scazut folosesc conexiuni de tip punte, incare o intrare cu impedanta mare este conectata la o iesire cu impedanta mica.

Multe placi de sunet nu au deciniesire pentru difuzor. De regula pot fi conectate direct la iesirea AUX a amplificatorului stereo fara pericol de supraincarcare a circuitelor datorita neadaptarii impedantei. Un amplificator de 1 watt cu o impedanta de 8 ohmi produce 125 milivolti suficient pentru AUX care sunt intre 100 si 150 mV.

Deasemenea, castile au impedanta de 600 ohmi, astfel incinse pot cupla fara probleme la iesirile difuzorului de 8 ohmi, utilizatu-se de fapt doar 1/75 din puterea semnalului.

Distorsiunea este o deformare mica a sunetului aplicata de amplificatoarele audio analogice si se exprima ca raportul dintre semnalele necesare dorite si cele nedorite, sub forma de procent.

Cele mai bune amplificatoare sunt cele cu distorsiuni mici. Placile de sunet produc multa distorsiune, mai atenuata la folosirea semnalului stereo.

2) COMPONENTA AUDIO DIGITALA

Dupa ce semnalul corespunzator sunetului este transformat din forma analogica informa digitala, putem spune ca ￲egistrarea digitala a sunetului transforma muzica innumere. Placa de sunet analizeaza formele undelor sonore de mii de ori pe secundasi atribuie o valoare numerica tariei sunetului infiecare analiza, apoi ￲egistreaza numerele. Reproducerea muzicii se face invers, numerele ￲egistrate regenerat semnalul corespunzator la intervale de timp egale cu cele folosite la analiza semnalului original, rezultat o copie aproape exacta a semnalului audio original.

Inregistrarea digitala este influentata de cateva variabile: frecventa cu care este examinat semnalul audio original, denumit frecventa de esantionare si codul numeric atribuit fiecarui esantion.

Frecventa de esantionare limiteaza raspunsul infrecventa al unui sistem, cea mai mare frecventa la care poate fi ￲egistratasi reprodusa digital fiind jumatate din cea de esantionare.

Sistemul audio digital pentru CD utilizeaza o frecventa de 44,1 KHz. Alte frecvente de esantionare sunt:

Rezolutia, numarul de biti dintr-un cod digital sau profunzime (bit depth), stabileste nr. de valori distincte ce pot fi ￲egistrate. Un cod digital pe 8 biti poate repreyenta 256 de obiecte diferite. Sistemele acustice de ￡lta calitate folosesc minim 16 biti pentru a micsora distorsiunea si zgomotele.

Largimea de banda – pentru un semnal audio stereo se folosesc o frecventa de esantionare de 44,1 KHz si un cod digital de 16 biti, ceea ce inseamna ca trebuie procesati 150 Kb/sec, adica 9 Mb/minut.

Pentru a salva spatiu pe disc, placile de sunet pot folosi valori mai reduse pentru frecventa de esantionare si pentru profunzime.

Sinteza – Hermann Helmholtz a descoperit ca orice ton muzical este compus din vibratii ale aerului care corespund unei forme de unda periodice.

Circuitul de baza folosit pentru generarea frecventelor, oscilatorul, produce un ton foarte curat, astfel incinsunetul pare ireal – electronic, deoarece sunetele naturale nu sunt simple frecvente ci colectii de mai multe frecvente de tarii diferite.

Generarea unui sunet presupune de fapt realizarea combinatiei corecte de frecvente, fapt posibil prin sinteza.

• Sinteza substractiva – primele sintetizatoare au folosit tehnologia analogica, create pe principilu sintezei substractive. Sintetizatoarele generau sunete cu ajutorul unor oscilatoare speciale, denumite generatoare de forma de unda, care creeau sunete bogate inarmonici. In locul sunetelor clare ale undelor sinusoidale, ele generau unde patratice, ca dintii de fierastrau si alte forme intermediare.

Tehnologia digitala aparuta ca solutie alternativa, a facut ca sintetizatoarele digitale sa ofere un control foarte mare al sunetelor si posibilitatea de a crea sunete complet noi, inocuind instrumentele muzicale foarte scumpe.

Sinteza aditiva – opusul sintetizatorului substractiv este cel aditiv care construieste sunetele prin metoda cea mai logica – alaturarea frecventelor ce compun unsunet muzical.

Sinteza FM (cu modulatie de frecventa) – opereaza astfel: este generata o frecventa sau sunet numit purtatoare combinata cu o a doua frecventa numita modulatoare. Cat cele doua au frecvente apropiate rezultatul este o unda complexa.

Un sistem de sintetizare FM are nevoie de doua oscilatoare pentru producerea undelor sinusoidale, fiecare numita operator. Cele mai cunoscute sintetizatoare FM au 4-6 operatori. Totul incape pe un singur cip, ceea ce duce la un cost mic de implementare.

Sinteza pe baza unui tabel de unde, numitasi esantionare, foloseste inloc de tonuri forme de unda reprezentative pentru anumite sunete. Reprezentarea se face folosind forma de unda exacta a sunetului, toate formele de unda ce pot fi produse de sistem fiind memorate eintr-un tabellectronic. Dezavantajul este ca necesita un spatiu mare de stocare a tabelului.

Tehnici avansate – cea mai noua tehnica se bazeaza pe modelarea instrumentelor reale, inloc sa descompuna forma de unda creata de instrument, se construieste cu aproximatie forma de unda la fel cum o face instrumentul. Avantajul este un control sporit asupra operatiilor.

• Sistemele audio inInternet – cea mai mare problema este largimea de banda, de ex o simpla conversatie 300 – 3000 Hz necesita 60 K/sec, mult peste posibilitatile unui modem 33600. In plus Internetul a fost gatit ca o retea asincrona cu comutare de pachete, utilizat protocolul TCP/IP care nu poate transmite date izosincrone (transmisiile directe). Pentru aceasta se utilizeaza produse pentru prelucrarea datelor audio ca Internet Wave si RealAudio.

Comprimarea, folosita pentru a stoca mai multe sunete pe o suprafata a discului. Algoritmii de comprimare decomprimare sunt denumiti codecuri. Windowsul 95-98 includ suport software pentru codecuri.

MPEG utilizat de regula ca standard video, descrie si informatiile audio atasate imaginii inmiscare. Sistemul sau de comprimare este folosit pentru DVD. Modelul de baza are 3 straturi, ce formeaza o ierarhie:

strat 1 32 – 448 kbiti/sec optim 192 kbiti/sec aplicat la Digital Compact Casette strat 2 32 – 384 kbiti/sec optim 128 kbiti/sec aplicat la MUSICAM (Difuzare) strat 3 32 – 320 kbiti/sec optim 64 kbiti/sec aplicat la DVD, sunete Internet