Текст книги "Аппаратные средства персональных компьютеров"

Подключение устройств с цифровым интерфейсом, таких как принтер или сканер, стандартизировано, т. е. для них имеется всего несколько вариантов разъемов. Но вот в области звуковой аппаратуры ситуация весьма разношерстна. Здесь конкурируют несколько крупных разработчиков, каждый из которых внедряет собственные стандарты на форматы кодирования и записи аналоговых сигналов, способы подключения устройств к компьютеру. Соответственно, на звуковых картах можно найти самые разнообразные разъемы для подключения одних и тех же устройств, разница между которыми только в том, что они выпускаются различными фирмами.

На рис. 10.7 показаны разъемы для подключения различных аудиоустройств к звуковой карте ABIT Home Theater AU10 audio card. Наиболее "стандартные" из них – это 15-контактный MIDI/GAME и три стереоразъема для подключения микрофона, фронтальных колонок и линейного входа. Такие разъемы имеются почти на всех звуковых картах, и около них на корпусе приведена соответствующая пиктограмма или стандартная надпись.

Рис. 10.7. Разъемы на звуковой карте ABIT Home Theater AU10 audio card

Для подключения аппаратуры домашнего театра предназначен 9-контактный MINI DIN. К нему можно подключить аналоговые колонки формата 5.1, используя удлинительный переходник (рис. 10.8) или цифровые устройства S/PDIF, например пульт инфракрасного дистанционного управления (комплект из пульта и блока приемопередатчика показан на рис. 10.9).

Рис. 10.8. Удлинительный переходник для звуковой карты ABIT Home Theater AU10 audio card

Рис. 10.9. Дистанционное управление звуковой карты ABIT Home Theater AU10 audio card: a – блок приемопередатчика; б – пульт

На печатной плате звуковой карты ABIT Home Theater AU10 audio card расположен ряд разъемов для подключения устройств, расположенных в корпусе персонального компьютера (см. рис. 10.7). В левом нижнем углу – интерфейс для стандарта S/PDIF. В правом верхнем углу находятся несколько 4-контактных разъемов различных размеров, но назначение их – подать аналоговый сигнал на звуковую карту от CD-ROM или модема. Разнообразие же форм объясняется только тем, что тот или иной разъем начала применять одна из конкурирующих фирм. Фактически, требуется лишь соединить CD-ROM и звуковую карту двумя экранированными проводами – правого и левого каналов, используя имеющийся в комплекте с CD-ROM кабель, который подключается к подходящему разъему.

Некоторую сложность в определении назначения вызывает 40-контактный двухрядный разъем, который иногда устанавливается на плате звуковой карты. У очень "древних" карт этот разъем использовался в качестве IDE-интерфейса для подключения односкоростных CD-ROM. В настоящее время такие CD-ROM канули в небытие, а назначение похожего разъема – подключение к звуковой карте дополнительных плат, например, блока синтезатора (рис. 10.10).

Рис. 10.10. Разъемы на звуковой карте Sound Blaster Live!

В принципе, можно отказаться от множества разъемов для подключения внешних устройств, установив только один интерфейсный разъем, а на звуковой карте оставив блок сопряжения с шиной PCI и простейший аналого-цифровой блок для подключения головной гарнитуры. Такой вариант показан на рис. 10.11 для звуковой карты Hercules Game Theater ХР 6.1. Правда, такая плата работает только с внешним блоком (рис. 10.12), но зато можно получить качество звука, которое недостижимо для других типов звуковых карт. Это связано с тем, что полностью экранировать аналоговые цепи звуковой карты, которая устанавливается в слот PCI, от наводок от системной платы и видеокарты невозможно.

Рис. 10.11. Звуковая карта Hercules Game Theater ХР 6.1

Рис. 10.12. Внешний блок для звуковой карты Hercules Game Theater ХР 6.1: а – лицевая панель; б – вид сзади

Для студий звукозаписи ряд фирм выпускает звуковые карты, предназначенные для профессионального применения. Для таких звуковых карт характерен расширенный динамический диапазон аналоговых сигналов, увеличенное количество обрабатываемых каналов, уменьшенный уровень помех, работа со специальными интерфейсами, используемыми в звукозаписи. Одна из звуковых карт такого типа производства компании HOONTECH показана на рис. 10.13. Интересная особенность этой карты – блок интерфейсов с разъемами выведен на дополнительную плату. Для использования спецификации XG компании YAMAHA предназначен порт для подключения кабеля AES/EBU. Для подключения цифрового оборудования с интерфейсом S/PDIF можно использовать как обычный разъем с коаксиальным кабелем, так и встроенный оптический порт.

Рис. 10.13. Звуковая карта с синтезатором Yamaha HOONTECH SoundTrack i-Phone XG

Примечание

К выходу звуковой карты могут подключаться только активные колонки и наушники, т. к. ее выходная мощность не превышает 0,5 Вт. В редких случаях на звуковых картах устанавливаются усилители с мощностью, например 2 канала по 1,5–3 Вт, к которым можно подключать колонки с сопротивлением 8 или 4 Ом.

MIDI-клавиатуры и синтезаторы

Во времена маломощных компьютеров и острой нехватки дискового пространства чтобы воспроизводить нехитрые мелодии, был разработан способ синтезирования голосов различных музыкальных инструментов. Имея алгоритм создания музыкальной ноты или ее слепок, можно записывать в файл только названия нот и способ их формирования, а все остальное делает модуль синтезатора, который по нотам собирает звуки в музыкальный фрагмент.

Во всех звуковых картах имеется блок синтезатора, который управляется либо кодами, записанными в файлах (обычно формата MID), либо с помощью MIDI-клавиатуры, подключаемой через MIDI-интерфейс.

Для синтеза звука с помощью компьютера используются принципы, которые были разработаны для музыкальных синтезаторов. В них, чтобы сформировать звук, синусоидальный сигнал от генератора подвергается искажению, моделируя естественное звучание различных инструментов.

При ударе по клавише пианино или щипке струны гитары металлическая струна, которая генерирует звук, создает сигнал замысловатой формы. На рис. 10.14 показаны основные фазы звукового сигнала.

Рис. 10.14. Фазы звукового сигнала

Первая фаза – это атака, когда звук быстро нарастает. Во второй фазе – поддержке – наблюдаются устоявшиеся колебания основного тона (ноты). В конце звучания сигнал затухает до нуля. Все эти изменения сигнала носят название – амплитудная модуляция.

Заметим, что хотя частота ноты считается неизменной, но в начале и конце звука наблюдаются незначительные колебания основной частоты. При синтезе музыки для создания эффекта качания частоты основного тона используют подмешивание дополнительной частоты от 0 до 5 —10 Гц (принцип частотной модуляции).

Дополнительно суммарный звуковой сигнал может быть подвергнут обработке для создания различных эффектов, например эха (реверберация) или хора (хорус).

В звуковых картах наиболее часто используют два способа синтеза звука: FM– и WT-синтез.

В наиболее дешевых звуковых картах применяется только FM-синтез (Frequency Modulation Synthesis). В этом случае по FM-алгоритму из простых синусоидальных колебаний, применяя амплитудную и частотную модуляцию, формируют стандартные ноты, которым дополнительно придают окраску, присущую тому или иному инструменту. Так как этот способ является попыткой чисто "механическим" путем смоделировать настоящие инструменты, причем наиболее простым и дешевым способом, то в большинстве случаев тембр выходного сигнала не слишком благозвучен.

Для создания более реалистического и качественного звука используют синтезаторы, которые формируют выходной сигнал на основе образцов – таблицы волн (WT-синтез). То есть заранее создаются образцы звуков, оцифровывая звучание реальных музыкальных инструментов или звуков различной природы, например выстрела. В памяти синтезатора хранятся образцы звуков – сэмплы (от англ. samples — пример), которые при создании мелодии воспроизводятся с различной скоростью, моделируя все октавы. Красота звука у таких синтезаторов зависит от размеров таблицы волн (объема памяти, установленной на звуковой карте).

По мере развития микропроцессоров в синтезаторах стали использовать метод математического моделирования звукообразования реальных инструментов. Этот метод требует больших вычислительных мощностей, поэтому чаще всего математические расчеты возлагаются на центральный процессор компьютера или процессор встраивается в MIDI-клавиатуру или музыкальный синтезатор.

Для подключения различных устройств к звуковой карте используется один из вариантов «токовой петли» (см. гл. 14) с гальванической развязкой, называемый MIDI-интерфейс. По MIDI-интерфейсу данные и команды передаются побайтно n блоками. Кроме того, информация передается только в одном направлении, а для смены направления (изменения режима работы подключенных устройств) используются управляющие команды.

У персональных компьютеров, совместимых с IBM PC, отдельный разъем для MIDI-интерфейса обычно не устанавливается, а используются свободные контакты 15-контактного разъема, предназначенного для джойстика. Для подключения стандартных MIDI-устройств к этому разъему требуется переходной адаптер, который реализует интерфейс "токовая петля". В табл. 10.6 приведены назначения контактов MIDI-интерфейса на разъеме DB15, предназначенном для подключения джойстика (назначение остальных контактов объясняется в гл. 7). Основное назначение этих контактов – подключение к звуковой карте MIDI-клавиатуры, которая представляет собой набор клавиш, снабженных контактами.

Таблица 10.6. Назначение контактов MIDI-интерфейса в разъеме для джойстика

На внешних устройствах для интерфейса MIDI используются 5-контактные разъемы DIN. Схема разводки кабеля для MIDI-интерфейса показана на рис. 10.15. Следует обратить внимание, что различные производители по-разному указывают надписи у контактов MIDI-разъема. Максимальная длина кабеля (сегмента) не может быть более 15 м, но можно подключать по цепочке до 16 устройств, создавая маленькую локальную сеть (возможно создание сети различной топологии).

Рис. 10.15. Соединительный кабель MIDI-интерфейса

Человеческое ухо – настолько чувствительный инструмент, что ни одна звуковая карта, устанавливаемая внутри компьютера, не может дать идеального качества синтезируемой мелодии. Всегда найдется что-то, что будет мешать. Например для высококачественных звуковых карт – это, в основном, проблема наводок от цифровых линий, которые портят прозрачность звука.

Для профессиональных музыкантов, которые используют компьютер для создания музыкальных произведений, несколько фирм выпускают музыкальные синтезаторы. Заметим, что красота и чистота звука, который синтезируется электронным методом, всегда оценивается на слух – субъективно. Соответственно, сказать, что самый "навороченный" синтезатор лучше, чем более простой, нельзя. К тому же, многое в музыке определяется модой на тот или иной стиль исполнения. Поэтому указывать что лучше, а что хуже – сейчас не будем, а разберем только технические вопросы подключения музыкального синтезатора к компьютеру.

На рис. 10.16 можно увидеть профессиональный синтезатор FP-3 Digital Piano корпорации Roland, которая длительное время создает весьма популярные конструкции.

Рис. 10.16. Синтезатор FP-3 Digital Piano корпорации Roland

Хотя синтезатор FP-3 Digital Piano несколько похож на простую MIDI-клавиатуру, но внутри него довольно сложная электронная схема. Сам синтезатор может работать и без подключения к компьютеру. Для создания эффектов к синтезатору подключается педаль (рис. 10.17).

Рис. 10.17. Педаль управления DP-2 корпорации Roland

Другой известный синтезатор Electronic Piano Р80 корпорации Yamaha показан на рис. 10.18. На клавишах приведены названия стандартных октав.

Рис. 10.18. Синтезатор Electronic Piano P80 корпорации Yamaha

Так как производители синтезаторов не присягали на верность тому или иному производителю компьютеров, то их модели синтезаторов снабжены разнообразными разъемами для подключения интерфейсов, которые используются в компьютерах как PC, так и Apple. На рис. 10.19 показана боковая стенка синтезатора Electronic Piano Р80 корпорации Yamaha, где расположены разъемы для подключения интерфейсов.

Рис. 10.19. Интерфейсные разъемы на корпусе синтезатора Electronic Piano P80 корпорации Yamaha

Для подключения синтезатора к MIDI-интерфейсу предназначены 5-контактные разъемы DIN, имеющие маркировку IN и OUT.

Кроме стандартного MIDI-интерфейса, синтезатор можно подключить к компьютеру и с помощью интерфейса RS-232 (см. гл. 8). Для присоединения интерфейса RS-232 предназначен 8-контактный разъем MINI DIN (рис. 10.20). Разводка кабеля для подключения к COM-порту показана на рис. 10.21.

Рис. 10.20. Разъем MINI DIN 8-PIN

Рис. 10.21. Схема кабеля для подключения к COM-порту

При подключении компьютера к синтезатору выбор типа интерфейса и протокола обмена осуществляется с помощью переключателя Host Select. Для использования интерфейса RS-232 переключатель надо установить в положение РС2. Положение MAC служит для подключения синтезатора к компьютерам производства фирмы Apple.

Спецификация АС' 97

Наиболее удачную попытку ввести в конструкцию персонального компьютера с процессором x86 канал звука, соответствующий современным требованиям к мультимедийным устройствам, сделала корпорация Intel. В результате совместных усилий корпораций Intel и Microsoft была разработана спецификация АС'97 (Audio Codec 97), в которой описана архитектура звуковой подсистемы PC.

Основная идея спецификации АС'97 заключается в том, что звуковой канал разделяется на две части – звуковой кодек (Audio Codec) и цифровой контроллер (Digital Controller). Обе части соединяются вместе с помощью цифрового интерфейса AC-link. На рис. 10.22 приведена блок-схема звукового канала по спецификации АС'97 (с рисунка удалена вся избыточная информация, мешающая пониманию принципа работы).

Рис. 10.22. Блок-схема звукового канала по спецификации АС'97

Цифровой контроллер, выполняемый на одной микросхеме, подключается к шине PCI. В его функции входит интерфейс между стандартной компьютерной шиной и цифровым интерфейсом AC-link. К новой цифровой шине можно подключать любые аналоговые устройства, поддерживающие спецификацию АС'97 и вставляемые в слоты AMR или CNR (дальнейшее развитие этой спецификации). Кроме того, на системной плате может находиться и аналоговая микросхема, которая выполняет функции звуковой карты, т. е. можно непосредственно к выходу этой микросхемы подключать обычные звуковые устройства, например активные звуковые колонки, микрофон, телевизор и пр.

Следует заметить, что спецификация АС'97 так же предусматривает создание модемного соединения (см. гл. 14), т. е. в AMR– или CNR-слот можно установить и плату софт-модема.

Несмотря на дополнительные возможности, пользователи не особенно стремятся пользоваться возможностями спецификации АС'97, предпочитая применять традиционные звуковые карты. Суть в том, что предложенный спецификацией АС'97 способ создания звукового канала страдает весьма серьезными недостатками, например требуется установка дополнительных драйверов для поддержки работоспособности интегрированных на системной плате звуковых устройств и модема, а качество формируемого звука не слишком высокое.

Звуковые колонки

Так как динамик в корпусе персонального компьютера «намертво» подключен к выходу цифровой микросхемы, то для воспроизведения музыки к выходу звуковой карты присоединяются внешние звуковые колонки. Заметим, что встроенные в монитор звуковые колонки также относятся к категории внешних.

В большинстве случаев к персональному компьютеру приобретают дешевые звуковые колонки мощностью 2–3 Вт, которые могут обеспечить звуковое сопровождение видеофильмов и голосовые функции. Качество звука у таких колонок не слишком высокое, точнее, соответствует звучанию простеньких переносных магнитофонов.

На рис. 10.23 и 10.24 показаны две модели недорогих звуковых колонок. Следует обратить внимание, что все аналогичные колонки снабжены всего двумя регуляторами – громкости и тембра (регулировки высоких частот). Дополнительно они снабжаются гнездом для подключения наушников.

Рис. 10.23. Звуковые колонки SVEN SPS-210

Рис. 10.24. Звуковые колонки SVEN SPS-320

Конструкция таких звуковых колонок очень проста. В пластмассовом корпусе устанавливаются две динамические головки – одна низкочастотная, а другая высокочастотная. Внутри одной из колонок (активная колонка) находится усилитель, который питается от сети 220 В. Пассивная колонка подключается к выходу этого усилителя. Хотя существуют звуковые колонки самых разнообразных форм, качество звука у них примерно одинаково, т. к. основной параметр у них – это минимальная цена. Наиболее часто их выходная мощность равна 2x2 Вт или 2x3 Вт RMS (средняя синусоидальная мощность). Правда, производители любят указывать для таких колонок пиковую мощность 2x80 или 2x100 Вт РМРО, что делается только из рекламных соображений. Частотный диапазон колонок составляет примерно 100 – 15000 или 80-18000 Гц.

Для получения более высококачественного звука используют дорогие звуковые колонки, которые выполняются по традиционным для звукотехники принципам. Например корпус делается деревянным, чтобы исключить дребезг, устанавливаются пассивные звукоинверторы и пр.

На рис. 10.25 показаны колонки модели SVEN SPS-678, у которых качество звука уже соответствует более взыскательному вкусу. Их мощность 2x18 Вт (RMS) или 400 Вт РМРО. Частотный диапазон встроенного усилителя, построенного на основе микросхемы TDA2030A, составляет 20–20 000 Гц, а колонок – 40–16 000 Гц. Данная модель снабжена кнопкой, включающей 3D-функцию, которая позволяет создать эффект объемного звука. Так как мощные динамики имеют сильное магнитное поле, то в них применено магнитное экранирование, которое позволяет устанавливать колонки рядом с монитором.

Рис. 10.25. Звуковые колонки SVEN SPS-678

Для создания «домашнего кинотеатра» на базе персонального компьютера применяются звуковые комплексы, в которых используются 5 или 6 звуковых колонок. Одна из таких систем типа 5.1 производства фирмы Hercules показана на рис. 10.26. Для создания объемного звука используются 6 колонок (центральная в этой модели объединена в одну акустическую систему с сабвуфером (низкочастотной колонкой). Частотный диапазон низкочастотной акустической системы 10 —300 Гц, остальных (передних, тыловых и центральной)  – от 30 Гц до 20 кГц. Пиковая мощность системы 1500 Вт. Номинальная мощность низкочастотной колонки 20 Вт, центральной – 6 Вт, а остальных – 5 Вт.

Рис. 10.26. Звуковые колонки Hercules XPS 210

При использовании звуковых комплексов из 6 колонок очень большое значение имеет их месторасположение. Неправильное размещение колонок не даст возможности получить тот звуковой эффект, который возможен при просмотре видеофильмов в DVD-формате. На рис. 10.27 приведена рекомендованная крупнейшими производителями звукотехники схема расположения колонок в комнате.

Рис. 10.27. Схема расположения звуковых колонок в комнате

Микрофоны и наушники

Когда нет возможности купить хорошие звуковые колонки или есть проблемы с окружающими, которых раздражает громкая музыка, пользователь может использовать наушники.

Наушники, как и звуковые колонки, также различаются по качеству воспроизведения звука. Наиболее дешевые воспроизводят полосу частот от 80 до 12 000 —16 000 Гц. Но даже в этом случае качество звука в наушниках выше, чем у простейших звуковых колонок. Одна из моделей наушников приведена на рис. 10.28.

Рис. 10.28. Наушники SVEN CD-706

Для высококачественного прослушивания музыки необходимо приобретать более дорогие наушники, например стереонаушники Philips SBC-HP090, у которых диапазон воспроизводимых частот значительно шире – от 15 до 22 000 Гц.

Для общения с друзьями через Интернет при использовании программ с голосовым каналом применяются различные микрофоны, подключаемые к звуковой карте. Одна из моделей микрофонов показана на рис. 10.29. У многих пользователей большой популярностью пользуются наушники, у которых на дужке укреплен микрофон (рис. 10.30).

Рис. 10.29. Микрофон SVEN М01

Рис. 10.30. Наушники с микрофоном SVEN AP-870

Глава 11
Компакт-диски

Как ни удивительно, но наиболее простые носители данных – компакт-диски – вызывают у пользователей максимум проблем. Причем, чем более доступными становятся устройства для чтения и записи компакт-дисков, тем больше головной боли появляется от их использования. И все оттого, что владельцы авторских прав на музыкальные записи и видеофильмы в последнее время всерьез озаботились защитой компакт-дисков от копирования. Кроме того, научно-технические достижения в области полупроводниковых лазеров создали для разработчиков компьютерного оборудования условия, когда они могут создавать самые замысловатые способы (в том числе и стандарты) записи информации на оптические диски, не особо утруждая себя совместимостью со старым оборудованием.

Чтобы не отнимать время у читателя и не влезать в область законодательства об авторском праве и пр., в этой главе будет рассказано только о наиболее популярных типах компакт-дисков, которыми пользуются почти все владельцы персональных компьютеров для создания архивов файлов. Частично будет затронута тема просмотра видеофильмов с DVD-дисков.