В мире звука
advertisement
Министерство образования Российской Федерации Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2» г. Катайска В МИРЕ ЗВУКА Исследовательский проект по информатике Выполнил: ученик 11к класса Грехов Илья Руководитель: учитель информатики Пырьева В. В. г. Катайск 2006 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….…3 Глава 1. АКУСТИКА – НАУКА О ЗВУКЕ………………………………………….4 §1. Из истории звука…………………………...5 §2. Звук и его характеристики…………………7 §3. Физиологическая акустика………………………………………9 §4. Биологическая акустика……………12 §5. Гидроакустика ………………………….16 §6. Энергоинформационный метод оздоровления человека при помощи звука…18 Глава 2. ЗВУКОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ……………………...22 §1. Двоичное кодирование звуковой информации ………………….24 п. 1. Глубина кодирования и частота дискретизации…….. п. 2. Принцип работы АЦП…….. §2. Оцифровка звука ………………………………………………………25 §3. Звуковая карта ………28 п. 1. эволюция компьютерного звука п. 2. Звуковые карты на шине ISA п. 3. Звуковые карты на шине PCI п. 4. Встроенный в материнскую плату звуковой кодек §4. Основные параметры современных звуковых карт …………..33 п. 1. Количество поддерживаемых колонок п. 2. Максимальная разрядность и частота записи и воспроизведения звука п. 3. Поддержка стандартов объемного звучания п. 4. Соотношение «сигнал-шум» п. 5. Поддержка стандарта ASIO п. 6. Виды и количество разъемов §5. Структура звуковых карт……………………….37 §6. Классификация современных звуковых карт …………………………..38 §7. Термины, с которыми вы можете столкнуться при покупке звуковой карты..40 §8. Установка звуковой карты ………………………………41 §9. Как компьютеры становятся музыкальными………43 п. 1. MIDI-стандарт п. 2. Методы синтеза звука п. 3. Принцип действия музыкальных синтезаторов п. 4. Звук — цифра, цифра — звук п. 5. Степень сжатия и качество звука п. 6. Способы кодирования стереосигнала п. 7. Звук в «цифру» п. 8. Sound Blaster п. 9. CD- ROM п. 10. Хранить вечно! §10. Какой формат сжатия музыки предпочтительнее………….49 п.1. Немного истории MP3 п. 2. Стандарт VQF п. 3. Особенности форматов п. 4. Проигрыватели музыкальных файлов п. 5. Существует ли трехмерное аудио? ВЫВОДЫ ……………………………………………………….. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………… БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………… 2 ВВЕДЕНИЕ Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Человек живет в этом мире. Звук – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Звучат работающие машины, движущийся транспорт и т. д. Что такое звук? Как он возникает? Чем одни звуки отличаются от других? Ответы на эти и другие вопросы всегда интересовали людей. На уроках информатики вопросам кодирования и оцифровки звука, применению компьютерного звука уделяется очень мало времени, поэтому для изучения мы выбрали следующую тему исследования – «В мире звука». Цель исследования – рассмотреть понятие «звук» с точки зрения различных учебных дисциплин. Объект исследования – звук. Задачи исследования: 1. найти интересные факты из истории звука; 2. рассмотреть различные определения понятия «звук» и выявить основные характеристики звука; 3. рассмотреть особенности возникновения, распространения и проникновения звука с точки зрения физиологической, биологической и гидроакустики; 4. изучить влияние звука на растения, животных и человека; 5. рассмотреть процессы кодирования и оцифровки звука; 6. рассмотреть различные виды звуковых карт, выявить их характерные особенности, достоинства и недостатки; 7. рассмотреть различные форматы звуковых файлов; 8. рассмотреть одно из применений компьютера – музыкальный компьютер. 3 ГЛАВА 1. АКУСТИКА – НАУКА О ЗВУКЕ АКУСТИКА (от греч. akustikos — слуховой), в широком смысле — раздел физики, исследующий упругие волны от самых низких частот до самых высоких (1012 — 1013 Гц); в узком смысле — учение о звуке. Общая и теоретическая акустика занимаются изучением закономерностей излучения и распространения упругих волн в различных средах, а также взаимодействия их со средой. К разделам акустики относятся электроакустика, архитектурная акустика и строительная акустика, атмосферная акустика, геоакустика, гидроакустика, физика и техника ультразвука, психологическая и физиологическая акустика, музыкальная акустика. АКУСТОЭЛЕКТРОНИКА, раздел науки и техники на стыке акустики твердого тела, физики полупроводников и радиоэлектроники. Изучает проблемы усиления и генерации упругих волн при взаимодействии последних с носителями заряда в процессе их распространения в полупроводниках, преобразования и обработки радиосигналов акустическими методами, а также создания соответствующих устройств. АРХИТЕКТУРНАЯ АКУСТИКА, изучает распространение звука в помещении, влияние отражения и поглощения звука ограждающими конструкциями на слышимость речи и музыки. СТРОИТЕЛЬНАЯ АКУСТИКА, раздел акустики, в котором изучают вопросы звукоизоляции и защиты от шума зданий (сооружений) и территории населенных мест строительными (конструктивными) и архитектурно-планировочными средствами. Строительная акустика выделилась из архитектурной акустики. ГЕОАКУСТИКА (от гео... и акустика), изучает распространение упругих волн в земной коре в целях исследования ее строения и свойств (акустическая и сейсмическая разведка и др.). ГИДРОАКУСТИКА (от гидро... и акустика), изучает особенности распространения, отражения и затухания звуковых волн в реальной водной среде — морях, океанах, озерах и др. — в основном для целей подводной локации, связи и т. п. МУЗЫКАЛЬНАЯ АКУСТИКА, наука, изучающая объективные физические закономерности музыки, раздел музыковедения и общей акустики. Опирается на данные и методы физической акустики. Связана с психологией восприятия, физиологией слуха и голоса. АТМОСФЕРНАЯ АКУСТИКА изучает звуковые процессы в атмосфере, в частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего распространения звука. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА исследует возможности органов слуха, их устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи. Создание систем, способных анализировать человеческую речь – важный этап на пути проектирования машин, в особенности роботов-манипуляторов и электронновычислительных машин, послушным устным распоряжениям оператора. Аппарат для синтеза речи может дать большой экономический эффект. Если по международным телефонным каналам, передавать не сами речевые сигналы, а коды, полученные в результате их анализа, а на выходе линий синтезировать речь, потому же каналу можно передавать несколько раз больше информации. Правда, абонент не услышит настоящего голоса собеседника, но слова-то будут те же, что были сказаны в микрофон. Конечно, это не совсем подходит для семейных разговоров, но удобно для деловых бесед, а именно они-то и перегружают каналы связи. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА рассматривает вопросы звукового и ультразвукового общения животных и изучает механизм локации, которым они пользуются, исследует так же проблемы шумов, вибрации и борьбы сними за оздоровление окружающей среды. 4 §1. ИЗ ИСТОРИИ ЗВУКА Звуки – наши неизменные спутники. Они по-разному воздействуют на человека: радуют и раздражают, успокаивают и пугают своей неожиданностью. В глубокой древности звук казался людям удивительным, таинственным порождением сверхъестественных сил. Они верили, что звуки могут укрощать диких животных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь воде, вызывать дождь, творить другие чудеса. Жрецы Древнего Египта, заметив удивительное воздействие музыки на человека, использовали ее в своих целях. Ни один праздник не обходился без ритуальных песнопений. Позже музыка пришла в христианские храмы. Древние индийцы раньше других овладели высокой музыкальной культурой. Они разработали и широко использовали нотную грамоту задолго до того, как она появилась в Европе. Их музыкальная гамма также состояла из семи нот, но названия у них были другие: «са», «ре», «га», «ма», «па», «дха», «ни». Считалось, что каждая из них отражает определенное духовное состояние: «са» и «ма»- спокойствие и умиротворение, «га» и «дха»- торжественность, «ре»- гнев, «па»- радость, «ни»- печаль. Понять и изучить звук люди стремились с незапамятных времен. Греческий ученый и философ Пифагор, живший две с половиной тысячи лет назад, ставил различные опыты со звуками. Он впервые доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах присуще длинным струнам. При укорочении струны вдвое звук ее повысится на целую октаву. Открытие Пифагора положило начало науки об акустики. Первые звуковые приборы были созданы в театрах Древней Греции и Рима: актеры вставляли в свои маски маленькие рупоры для усиления звука. Известно также применение звуковых приборов в египетских храмах, где были «шепчущие» статуи богов. Выявленные Пифагором и его ученикам гармонические сочетания звуков легли в основу более поздних представлений о так называемой гармонии Вселенной. Согласно с этим представлением небесные тела и планеты расположены относительно друг друга в соответствии с музыкальными интервалами и излучают «музыку сфер». Считалось, например, что Сатурн издает самые низкие звуки, звуки Юпитера можно сравнить с басом, Меркурия – с фальцетом, Марса – с тенором, Земли – с контральто, Венеры – с сопрано. У этой теории была долгая жизнь. Ее признали даже в эпоху Возрождения, когда уже были получены первые вполне научные сведения о природе и движения планет. Отголоски этой теории можно обнаружить в трудах великого Кеплера, открывшего закон движения планет и сыгравшего огромную роль в развитии физики и астрономии. Существует так называемые вихревые звуки: свист ветра в проводах, такелажа кораблей, ветвях деревьев, завывание в трубах, на гребнях скал, в расщелинах и узких оврагах. Люди издавна пользовались ими – на охоте, в быту. В Древнем Китае существовал обычай выпускать голубей с привязанными к их хвостам маленькие бамбуковые палочки. Воздушный поток, проходивший через трубочку, вызывал нежное посвистывание. Подобные звуки издает и тростниковая дудочка, которая была прообразом зародившейся в Древнем Египте флейты. Позже ее стали называть флейтой Пана – в честь древнегреческого бога лесов. Легенда гласит, что в Иерусалиме когда-то находилась «стозвучная» двурогая труба. Во время жертвоприношения разжигали костер, теплый воздух от которого устремлялся в трубу, заставляя ее выть. Мощные воющие звуки возникали также, когда в нее врывались вихри от пламени пожаров при осаде города. В 1831 году в Пятигорске была построена беседка, названная Эоловой арфой. Внутри нее находились две арфы, которые с помощью флюгера разворачивались против ветра и под действием воздушного потока издавала гармонические звуки. В Лондоне в кафедральном соборе святого Павла есть большой, диаметром почти 50 метров, круглый зал. Человек, находящийся на одной стороне, может говорить шепотом и его превосходно услышат на другой стороне. Ученые после тщательных исследова5 ний дали научное объяснение этому явлению. Оказывается, что при радиусе закругления стенки, равном 25 метров, звук распространяется вдоль нее, как бы стелясь и доходит до слушателя почти без потерь. При этом звук не отражается в сторону. В некоторых музеях хранятся вазы античной работы, основное назначение которых не художественное украшение, а отражение, усиление и сосредоточение звука. Сделанные из алебастра, такие вазы устанавливались в больших залах, театрах, собраниях и даже на площадях. Ораторам не надо было напрягать голос: слушатели воспринимали речь на всем, пространстве достаточно далеко. В 17 веке строители вместо ваз применяли звукопроводы в виде труб из цемента. В частности, подобные звукопроводы можно найти в сооружениях, возведенных по проектам Растрелли. Так собор Смольного монастыря весь в звукопроводах. Предполагается, что они есть и в залах Зимнего дворца. По всей вероятности, подобные хитроумные акустические устройства были известны и в древности. Легенда наделила Сиракузского тирана Дионисия способностью слышать в своем дворце даже легкий шепот. В это нетрудно поверить, если допустить, что во дворце были керамические звукособиратели и усилители. 6 §2. ЗВУК И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУК – упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах и воспринимаемые ухом человека и животных (Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия). ЗВУК – физическое явление, возникающее в результате быстрых колебаний упругого тела (струны, натянутой кожи, металлической пластины и т.п.) (Энциклопедия классической музыки). ЗВУК – то, что слышится, воспринимается слухом: физическое явление, вызываемое колебательными движениями частиц воздуха или другой среды (Толковый словарь С. Ю. Ожегова). С точки зрения физики, ЗВУК – это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА ГРОМКОСТЬ ЗВУКА — это величина физиологическая, определяющая степень слухового ощущения. ГРОМКОСТЬ ЗВУКА – одно из основных свойств звука, характеризуемое силой звучания. Для обозначения громкости звука в нотной записи используются первые буквы итальянских терминов: форте (forte) - громко, пиано (piano) - тихо и другие, а также специальные символы <, >. ГРОМКОСТЬ ЗВУКА – это субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Громкость звука зависит также от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя Громкость звука измеряется в фонах, а в некоторых случаях — в белах (или в децибелах, составляющих десятую часть бела). При листании газеты, например, создается звук громкостью по 20 дБ; громкость звонка будильника равна примерно 80 дБ, громкость звука, создаваемого реактивным двигателем самолета, — 130 дБ (звук такой громкости вызывает у человека болевое ощущение). Систематическое воздействие на человека громких звуков, особенно шумов (неупорядоченной суммы звуков разной громкости соты тона, тембра), неблагоприятно отражается на его здоровье. В шумных районах у многих людей появляются симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышенное артериальное давление. Поэтому в больших домах приходится принимать специальные меры для уменьшения шумов, например, запрещать звуковые сигналы автомобилей. ЧАСТОТА – число колебаний в единицу времени. Человек слышит звук с частотами от 16 Гц до 20 кГц. ИНФРАЗВУК (от лат. infra — ниже, под) – не слышимые человеческим ухом упругие волны низкой частоты (менее 16 Гц). При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ухе. Возникает при землетрясениях, подводных и подземных взрывах, во время бурь и ураганов, от волн цунами и пр. Поскольку инфразвук слабо поглощается, он распространяется на большие расстояния и может служить предвестником бурь, ураганов, цунами. УЛЬТРАЗВУК – не слышимые человеческим ухом упругие волны, частоты которых превышают 20 кГц. Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных (летучие мыши, рыбы, насекомые и др.), присутствует в шуме машин. Применяется в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в технике для целей дефектоскопии, навигации, подводной связи, для 7 ускорения некоторых химико-технологических процессов, получения эмульсий, сушки, очистки, сварки и других процессов и в медицине — для диагностики и лечения. ГИПЕРЗВУК – упругие волны с частотами порядка 109 — 1013 Гц. По физической природе гиперзвук не отличается от ультразвука. Тепловые колебания атомов вещества — естественный гиперзвук, искусственно гиперзвук генерируют с помощью специальных излучателей. В кристаллах гиперзвук распространяется до 1012 — 1013 Гц. В воздухе при нормальных условиях гиперзвук не распространяется вследствие сильного поглощения. Чувствительность человеческого уха к звукам разной частоты различна. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем звуки, частоты которых лежат в пределах от 1000 Гц до 5000 Гц. Поэтому, например, высокий женский голос с частотой 1000 Гц будет для нашего уха громче низкого мужского с частотой 200 Гц, даже если амплитуды колебаний голосовых связок в обоих случаях одинаковы. ВЫСОТА ЗВУКА – качество звука, форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты высота звука увеличивается. Шумовой звук - звук, не имеющий ясно выраженной высоты. К шумовым звукам относятся гул, треск, звон, скрип, шорох и т.п. Музыкальный звук - звук, имеющий (в отличие от шумового) ясно выраженную высоту, которая может быть определена с абсолютной точностью. ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА (от лат. intensio — напряжение, усиление) – средняя по времени энергия, которую звуковая волна переносит в единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны. ТОН (от греч. tonos — напряжение, повышение голоса, ударение) – физическая характеристика звука, определяемая частотой колебания голосовых связок. 8 §3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА (биоакустика), изучает устройство и функции звукоизлучающей и звуковоспринимающей систем человека и животных. БИОАКУСТИКА ЧЕЛОВЕКА П. 1. ГОЛОСОВОЙ АППАРАТ ЧЕЛОВЕКА Голосовой аппарат человека состоит из легких, гортани с голосовыми связками, глоточной, ротовой и носовой полости. Голосовые связки являются звукопроизводящими частями голосового аппарата. При спокойном дыхании они вялы и между ними образуется широкая щель для свободного прохождения воздуха. При разговоре голосовые связки напрягаются и приближаются друг к другу так, что между ними остается лишь узкий промежуток, так называемая голосовая щель. Когда воздух, выдыхаемый легкими, проходит через эту щель, голосовые связки приходят в колебание, причем частота колебаний может изменяться в зависимости от степени напряжения связок, впрочем, в довольно узких границах. Звуковые волны, образующиеся в голосовой щели, весьма сложны и представляют собой наложение большого числа всевозможных тонов. Ротовая и носовая полости играют роль резонаторов. Изменяя форму этих полостей путем соответствующе о расположения языка, зубов и губ, мы можем усиливать по желанию отдельные тоны звуковой волны, идущей из голосовой щели, и произносить тот или иной звук. Голосовые связки с различно установленными резонансными полостями рта и глотки наиболее сильно колеблются при произношении гласных звуков. При образовании согласных звуков мягкое нёбо, кончик языка и губы приходят в самостоятельные колебания на различных участках. Эти колебания или сами по себе, или в соединении со смесью звуков, производимых голосовыми связками, образуют согласные звуки человеческой речи. Для речи человека достаточно 4—6 тонов октавы. При пении диапазон значительно шире. Голоса Мужские: бас баритон тенор Женские: контральто меццо-сопрано сопрано колоратурное сопрано 9 Частотный диапазон голоса, Гц 80 – 350 100 – 400 130 – 500 170 – 780 200 – 900 250 – 1000 260 – 1300 П. 2. СЛУХОВОЙ АППАРАТ ЧЕЛОВЕКА Ухо — необычайно чувствительный орган. В области частот, относящихся к речи (около 1500 Гц), ухо может воспринимать даже звуки силой 10 -12 Вт/м2. Это так называемый порог слышимости. Благодаря большой чувствительности уха мы в состоянии слышать звук на значительном расстоянии от его источника, даже если эти источники излучают небольшую энергию. Например, симфонический оркестр из 75 человек, играя очень громко (фортиссимо), излучает мощность всего 60 Вт, что соответствует мощности обычной настольной электрической лампы, а любой слушатель, где бы он ни находился в концертном зале, может наслаждаться его выступлением. Когда сила звука становится равной 10 Вт/м2, ощущение звука переходит в боль. Такую силу звука называют болевым пределом. Таким образом, человек способен различать звуки, отличающиеся по мощности в 10 раз. Слуховой аппарат человека состоит из звукопроводящей и звуковоспринимающей части. Звукопроводящая часть состоит из наружного слухового прохода, барабанной перепонки и связанных с ней трех сочлененных между собой слуховых косточек; молоточка, наковальни и стремечка. Стремечко плоским основанием прикреплено к перепонке, закрывающей просвет отверстия, которое сообщается с костной полостью — внутренним ухом. Внутреннее ухо, или перепончатый лабиринт, представляет собой звуковоспринимающий аппарат, заключенный в костную капсулу сложной формы. Перепончатый лабиринт состоит из преддверия с полукружными каналами и улиткой. Звуковые колебания, действующие на барабанную перепонку, через цепь слуховых косточек и перепонку овального окна передаются основной мембране. Звуковые колебания могут передаваться жидкости улитки также непосредственно через окружающие кости черепа, однако при этом не используется действие слуховых косточек и поэтому такая передача менее эффективна. Звуковые колебания, достигая основной мембраны и расположенного на ней кортиева органа, приводят их в колебания с соответствующей частотой и амплитудой. Возникающие при этом нервные импульсы передаются в центральную нервную систему. Способность уха различать звуки по высоте и тембру связана с резонансными явлениями, происходящими в основной мембране. Действуя на основную мембрану, звуковая волна вызывает в ней резонансные колебания определенных волокон, собственная частота которых соответствует частотам гармонического спектра данного колебания. Нервные клетки, связанные с этими волокнами, возбуждают и посылают нервные импульсы в центральный отдел слухового анализатора, где они, суммируясь, вызывают ощущение высоты и тембра звука. Современные исследования показывают, что механизм восприятия звука сложнее. В зависимости от частоты колебания распространяются только на определенную часть длины вестибулярного и улиточного хода, за счет чего колебания возникают только на соответствующей части основной мембраны. 10 В следующей таблице приведены данные интенсивности звука в разных случаях. Примерные условия Порог слышимости Тиканье ручных часов, шепот на расстоянии 1 м Разговор вполголоса Громкая речь Громкое пение Сила звука, Вт/м2 10 -12 10 -10 10 –8 -10 –6 10 –5 - 10 -4 10 -2 Примерные условия Поезд экспресс скорость) (большая Сильные раскаты грома Порог болевого ощущения, реактивный двигатель Сила звука, Вт/м2 0,1 1 10 – 100 П. 3. ВЫСЛУШИВАНИЕ — АУСКУЛЬТАЦИЯ Работа сердца и движение крови являются источником наслаивающихся друг на друга колебаний различной частоты и амплитуды. Сила звуков сердца, их частотный характер определяют звуковую картину, которая при прослушивании воспринимается в виде определенной «мелодии». Анализ этих звуков является основой распространенного метода, который называется выслушиванием. Он осуществляется посредством стетоскопа — трубки с небольшими расширениями на обоих концах. Более совершенный акустический прибор — фонендоскоп состоит из звукоулавливающей воронки с мембраной и двух резиновых трубок, идущих к ушам врача. В фонендоскопе звуки усиливаются за счет резонанса столба воздуха, находящегося в воронке, что облегчает выслушивание. П. 4. РЕГИСТРАЦИЯ ЗВУКОВ СЕРДЦА И ЛЕГКИХ В настоящее время широко практикуется запись на пластинки и магнитофонную пленку звуков, возникающих в сердце и легких здоровых и больных людей. Прослушивание соответствующих записей входит в программу обучения студентов — будущих врачей. Графическая регистрация звуков сердца (фонокардиография) позволяет использовать для исследования звуков, возникающих в сердце, не только слух, но и зрение. Дополняя аускультацию (выслушивание), она значительно расширяет возможности, существующие в этой важной и трудной области. Силу звуков, и особенно их положение во времени, с помощью фонокардиографии оценивают гораздо точнее, чем это позволяет выслушивание. Результаты исследования носят документальный характер, что обеспечивает наблюдение за всем ходом болезни, облегчает преемственность в ведении больного. В современных фонокардиографах микрофон (датчик) преобразует звуковые и механические колебания в колебания электрические. Последние усиливаются, фильтруются и регистрируются на бумаге или фотопленке. 11 §4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКУСТИКА П. 1. БИОАКУСТИКА ЖИВОТНЫХ Голосовые аппараты птиц и человека принадлежат к типу духовых «музыкальных» инструментов, звук в них образуется за счет движения воздуха, выдыхаемого из легких. Особенно интересны голосовые аппараты птиц. Например, пение канарейки по громкости сравнимо с голосом человека, хотя по массе канарейка составляет менее 0,001 его массы. У птиц имеется не одна гортань. А целых две: верхняя, как у всех млекопитающих, и, кроме того, нижняя, причем главная роль в образовании звуков принадлежит нижней гортани, устроенной очень сложно и разнообразно у разных видов птиц. Она имеет не один вибратор, или источник звука, как у человека и всех других млекопитающих, а два или даже четыре, работающих независимо друг от друга. Образование у птиц второй гортани в нижнем отделе трахеи дало возможность использовать трахею в качестве сильнейшего резонатора, У многих птиц трахея сильно разрастается, увеличивается в длину и в диаметре. Увеличиваются в объеме также и бронхи, в каждом из которых у многих птиц находится по независимому источнику звука. Движениями тела и натяжением специальных мышц птица может в значительной степени изменять форму этой сложной системы резонаторов и, таким образом, управлять звуковысотными и тембральными свойствами своего голоса. Разнообразие в строении голосового аппарата соответствует и разнообразию звуков, издаваемых птицами,— от низких басовых криков (гуси, утки, вороны), до высочайших мелодичных свистов у певчих птиц из семейства воробьиных. В начале 60-х гг. в голосах птиц были обнаружены даже ультразвуковые обертоныдо 50000 Гц. Песни некоторых птиц целиком состоят из ультразвука. Для образования звуков многие птицы используют и другие «музыкальные инструменты»: клюв, лапы, крылья и даже хвост. Дятел — превосходный «барабанщик», использует в качестве барабана хорошо звучащее сухое дерево или резонирующий сук. Голосовой аппарат млекопитающих мало отличается от голосового аппарата человека, но последний богаче тонами. Лягушки обладают весьма громкими и довольно разнообразными голосами. У некоторых видов лягушек имеются интересные приспособления для усиления звука в виде больших шарообразных пузырей по бокам головы, раздувающихся при крике и служащих сильными резонаторами. Звучание насекомых вызывается чаще всего быстрыми колебаниями крыльев при полете (комары, мухи, пчелы). Полет того насекомого, которое чаще машет крыльями, воспринимается нами как звук большей частоты и, следовательно, более высокий. У некоторых насекомых, например кузнечиков, встречаются специальные органы звучания — ряд зубчиков на задних ножках, задевающих за края крыльев и вызывающих их колебания. У некоторых жуков получаются довольно громкие скрипучие звуки при трении сегментов брюшка о твердые надкрылья. Звучащий аппарат цикад также приводится в действие колебаниями брюшка. В отличие от голосовых аппаратов позвоночных, органы звучания насекомых совершенно не имеют отношения к процессу дыхания. П. 2. БИОАКУСТИКА РЫБ До недавнего времени водные пространства считались миром безмолвия. Имела широкое хождение пословица “Нем как рыба”. В последнее время эта пословица полно12 стью опровергнута. Наоборот, рыбам присуща хорошо развитая акустическая сигнализация, обеспечивающая возможность передачи и приема разнородной информации. Акустической связи способствуют благоприятные физические условия распространения звука в воде. Звуки рыб разнообразны по происхождению. Прежде всего, звуки возникают при движении стай рыб, они обусловлены гидродинамическими шумами и трением подвижных сочленений скелета длительность этих звуков зависит от продолжительности и характера движений; соответствующие частоты лежат в низкочастотной области спектра. Звуки могут быть также связаны с газовым обменом. Рыбы регулируют давление внутри плавательного пузыря и кишечника, выталкивая воздух из плавательного пузыря в кишечник или из кишечника через рот и анальное отверстие в воду. Проталкивая воздух через узкие отверстия, рыбы создают явления, подобные тем, которые возникают в свистке. Образующийся звук напоминает слабый писк. Такие писки слышали у карпа, сома, вьюна, усача, угря и др. Возникают звуки и при захвате и перетирании пищи. Усиленные плавательным пузырем, эти звуки напоминают резкие щелчки и хрусты. Издает звуки также плавательный пузырь. Его можно себе представить как тонкостенное сферическое тело, наполненное воздухом и помещенное в воду. При действии на такой «пузырьковый» излучатель внешней силы (толчок, удар, сжатие) он начинает колебаться, излучая в воду порции (импульсы) звуковых волн. Чаще всего плавательный пузырь приводится в колебание сжатием так называемых барабанных мускулов, расположенных по бокам тела рыбы. Частотный диапазон звуков, издаваемых различными рыбами, лежит в пределах от 20—50 Гц до 10—12 кГц. Слуховой орган рыб — лабиринт, связанный со слуховым центром в продолговатом мускулы, 3 — огибающая дуга, общий характер сигнала (отметка мозгу при помощи особых нервов. Различают два типа слуховых аппаратов рыб: аппараты, не имеющие связи с плавательным пузырем, и аппараты, составной частью которых является плавательный пузырь. Соединение плавательного пузыря с внутренним ухом осуществляется при помощи четырех пар сочлененных косточек. Рыбы со слуховым аппаратом второго тина обладают более развитым слухом. Таким образом, лабиринт служит органом, воспринимающим звуки, а плавательный пузырь имеет значение резонатора, усиливающего и определенным образом выделяющего звуковые частоты. П. 3. КАК ЖИВОТНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ НАПРАВЛЕНИЕ ЗВУКА Ушная раковина представляет собой звукоулавливатель. У некоторых животных она сильно развита. Иногда по ее размеру можно судить об остроте их слуха. Ушная раковина служит для определения того направления, откуда исходит звук: восприятие звука усиливается, когда раковина обращена своим раструбом к источнику; поэтому те животные, у которых ушные раковины могут поворачиваться (заяц, большинство копытных), способны определять направление опасности, не поворачивая головы; уши хищников обычно ориентированы почти неподвижно вперед — для выслеживания добычи. Наличие двух ушей позволяет более надежно определять направление распространения звука: когда обе раковины расположены симметрично по отношению к источнику, колебания, воспринимаемые обоими ушами, оказываются в одинаковых фазах. Таким образом, наибольшая громкость воспринимаемого звука указывает на то, что плоскость симметрии головы проходит через источник звука. 13 В таблице приведены примерные диапазоны механических колебаний в упругой среде, воспринимаемых органами чувств некоторых живых организмов. Человек Диапазон частот, воспринимаемых органом слуха, Гц 16-20000 Сверчок 2-4000 Кузнечик 10-100000 Лягушка 50-30000 Большое значение придается изучению звуковой связи в животном мире. Записываются звуки, издаваемые птицами, рыбами и насекомыми. Полученные данные ученые надеются использовать для создания акустических средств, отпугивающих птиц с посевов, аэродромов и других мест. П. 4. УЛЬТРАЗВУК, ЕГО РОЛЬ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ Ультразвуком называют неслышимые ухом колебания частотой свыше 15 кГц. Чувствительные приемники ультразвука показали, что ультразвук присутствует в шуме ветра и водопада, в звуках, производимых живыми существами. Выяснилось, что многие насекомые воспринимают ультразвук (сверчки, цикады, кузнечики). Проведённые наблюдения показали, что муравьи так же издают ультразвуковые сигналы с разными частотами в разных ситуациях. Все записанные эти муравьиные звуковые сигналы можно разделить на три группы: "сигнал бедствия", "сигнал агрессии" (во время борьбы) и "пищевые сигналы". Эти сигналы представляют собой кратковременные импульсы, длительностью от 10 до 100 микросекунд. Муравьи издают звуки в сравнительно широком диапазоне частот - от 0,3 до 5 килогерц. Восприятие ультразвука в диапазоне частот до 100 кГц обнаружено у многих грызунов. Известно, что и собаки слышат подобные колебания. Этим пользуются при подаче служебным собакам сигналов, которых не слышат окружающие люди. Рыбы и другие морские животные чутко улавливают инфразвуковые волны, создаваемые штормовыми волнениями. Таким образом, они заранее чувствуют приближение шторма или циклона, и уплывают в более безопасное место. При движении рыб создаются упругие инфразвуковые колебания, распространяющиеся в воде. Эти колебания хорошо чувствуют акулы за много километров и плывут на встречу добыче. Ультразвук называют дробящим звуком, так как его действие приводит к образованию эмульсий (если само раздробленное вещество является жидкостью) или суспензий (если раздробленное вещество — твердое тело). При помощи ультразвука можно «смешать» ртуть с водой, масло с водой. Особенно большое значение приобрело ультразвуковое измельчение в фармакологии — для приготовления лекарственных веществ. Ультразвук оказывает значительное физиологическое действие на живые организмы. Маленькие рыбки, головастики, инфузории погибают под действием ультразвукового излучения. Установлено, что воздействие ультразвуком на семена некоторых растений стимулирует их развитие, сокращает вегетационный период и увеличивает урожайность. Очень интересны опыты по изучению микроструктуры органов и тканей в клинической практике. Это направление стало развиваться благодаря высокой технике регистрации отраженных слабых ультразвуковых сигналов. Ультразвуковая биолокация позволяет диагностировать злокачественные опухоли, опухоли мозга и инородные тела (кусочки дерева, стекла и т. п.) в тканях. Ультразвук применяется также для стерилизации хирургических инструментов, лекарственных веществ, рук хирургов и сестер, для ингаляции. 14 Широко используются разнообразные ультразвуковые процедуры терапевтического характера. Успешно стала применяться ультразвуковая хирургия. Она вошла в практику самых различных медицинских направлений. В ортопедии, например, проводится резка и сварка костей. При этом рассечение костных тканей происходит безосколочно. При операциях на плевре, легких, бронхах и сосудах незаменимы специальные инструменты – длинные и гибкие ультразвуковые волноводы. В последнее время ультразвук нашел применение в глазной хирургии. Легко себе представить, какие требования к миниатюризации приборов ставит перед инженерами это новое применение. Ультразвук начали применять для наблюдения за состоянием плода за несколько месяцев до рождения. Этим методом удается определить даже пол будущего человека, наблюдать за всеми стадиями его развития. П. 5. «АКУСТИЧЕСКИЕ ОЧКИ» Миллионы слепых людей, ощупывающих дорогу своей палкой, нуждаются в более совершенных способах ориентации. Однако, несмотря на то, что в конструкции акустических очков для слепых заложен тот же принцип ориентации по слуху, который используется дельфинами и летучими мышами, разрешающие возможности этих систем все же невелики. Одна из основных трудностей заключается в отсутствии у человека ультразвукового слуха. В одном из приборов этого типа, называемого «Ориентир», эхо ультразвукового луча преобразуется в звуковые сигналы. Эхо от разных препятствий имеет различный тембр, а разная высота его говорит слепому о расстоянии до препятствия. Однако эти приборы очень сложны, громоздки и далеки от совершенства. 15 §5. ГИДРОАКУСТИКА ГИДРОАКУСТИКА (от гидро... и акустика), изучает особенности распространения, отражения и затухания звуковых волн в реальной водной среде — морях, океанах, озерах и др. — в основном для целей подводной локации, связи и т. п. ЭХО (от имени нимфы Эхо) – волна (акустическая, электромагнитная), отраженная от какого-либо препятствия и принятая наблюдателем. Звуковое эхо воспринимается ухом раздельно от первичного сигнала (короткого звукового импульса) лишь в том случае, если оно запаздывает не менее чем на 0,05-0,06 с. Радиоэхо используется в радиолокации, а звуковое эхо — в гидролокации и в ультразвуковой дефектоскопии. Локационный аппарат летучих мышей представляет значительный интерес для ученых и техников, так как он обладает большей точностью, чем созданные человеком радиои гидролокаторы. Летучие мыши одного из видов легко обнаруживают проволоку диаметром менее 0,3 мм, несмотря на то, что она дает слабый отраженный сигнал. Точность обнаружения препятствия очень высока и тогда, когда налицо шумы, интенсивность которых значительно превышает интенсивность принимаемого сигнала. По мнению специалистов, представление о направлении мышь получает за счет сравнения сигналов, принимаемых обоими ушами, которые подняты во время полета, как приемные антенны. Это подтверждается тем, что если одно ухо летучей мыши заклеить, то она совершенно теряет ориентацию. Ушная раковина летучей мыши устроена примерно так же, как и у человека, но диапазон принимаемых частот шире — от 30 Гц до 100 кГц. У разных видов летучих мышей эхолокационный аппарат устроен по-разному и для ориентации используются различные сигналы. Представители семейства гладконосов (кожаны) издают ультразвуки с частотной модуляцией. Их частоты меняются в пределах от 90 до 40 кГц за время от 10 до 0,5 мс. Другое семейство летучих мышей — подковоносы используют для ориентации чистые тона частотой порядка 80 кГц в виде импульсов постоянной амплитуды длительностью в среднем около 60 мс. Внешне поведение в полете летучих мышей этих двух семейств различно. У гладконосов прямые неподвижные уши, у подковоносов непрерывные движения головой и вибрирование ушами. Выведение из строя одного уха не мешает подковоносам ориентироваться. Но повреждение мускулов, управляющих движением ушей, лишает их способности летать. Изучение эхолокационных устройств разных представителей животного мира важно не только для разработки новых принципов радиолокации, но и для обеспечения работы этих устройств в условиях помех. Для гидролокации оказались очень ценными исследования гидролокационного аппарата дельфинов-афалин. Голоса дельфинов характеризуются широким диапазоном акустических колебаний — от нескольких сотен герц до 170 кГц. Все звучание дельфина разделяют на три класса: свисты частотой от 4 до 18—20 кГц; эхолокационные (ультразвуковые) щелканья частотой до 170 кГц; комплексные волны высокой амплитуды, слышимые как кряканье, мяуканье, жужжание, мычание, вой, стоны и т. д. Наблюдения показали, что гидролокационный аппарат дельфинов превосходит существующие гидролокаторы не только по точности, но и по дальности действия. Дельфин может обнаруживать рыб, служащих ему пищей, а также различать их вид на расстоянии до 3 км. 16 АППАРАТ — ПРЕДСКАЗАТЕЛЬ ШТОРМА Как уже давно заметили рыбаки и жители морских побережий, многие морские птицы и животные заблаговременно узнают о приближении шторма. Дельфины заплывают за скалы, киты уходят в открытое море, пингвины ложатся на снег и вытягивают свои клювы в направлении, в котором должна прийти буря или метель. Многолетние наблюдения показали, что медуза задолго до приближения шторма спешит укрыться в безопасном месте на большей глубине. Оказывается, медуза способна улавливать недоступные уху человека инфразвуковые колебания (частотой 8—13 Гц), хорошо распространяющиеся в воде и появляющиеся за 10—15 ч до шторма. У медузы имеются органы равновесия — статоцисты. Статоцист представляет собой пузырек, в котором находятся сферические известковые статолиты (камешки). Изменение положения тела медузы в толще воды сопровождается перемещениями статолитов, которые ощущаются чувствительными клетками, расположенными в стенке пузырька. В приборе, имитирующем «орган слуха» медузы, имеется рупор, улавливающий колебания воздуха, резонатор, пропускающий колебания нужных частот, пьезодатчик, преобразовывающий звук. Дале эти импульсы усиливаются и измеряются. Такой прибор позволяет определять наступление шторма за 15 ч. 17 §6. ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННЫЙ МЕТОД ОЗДОРОВЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПОМОЩИ ЗВУКА Всеми признано, что у женщин по сравнению с мужчиной гораздо сильнее развита эмоционально-чувственная сторона восприятия мира. Поэтому, прежде всего женщине могут быть адресованы вообще все энергоинформационные методы оздоровления человека при помощи звука. П. 1. ИСТОРИЯ ЛЕЧЕНИЯ ЗВУКОМ С незапамятных времен люди знали, что звук обладает особой чудотворной силой. В славянском эпосе ему отведена мистическая роль. Воинский клич, молитва, медитативные упражнения, некоторые чудодейственные приемы психорегуляции – это прежде всего звук. Известно, что Эскулап, греческий врач, лечил радикулит и другие болезни нервной системы громкой игрой на трубе перед пациентом. МУЗЫКА ПИФАГОРА Пифагор лечил многие болезни души и тела, исполняя поставленные им в этих целях специальные музыкальные композиции или читая в присутствии отрывок Гомера и Гесиода. В своем университете в Кротоне Пифагор начинал и кончал день пением: утром, для того чтобы очистить ум от сна и возбудить активность, подходящую дню, вечером пение должно было успокоить и настроить на отдых. Весеннее равноденствие Пифагор собирал своих учеников в круг, посреди которого стоял один из них, хором и аккомпанируя на лире. Пифагор отдавал ясное предпочтение струнным инструментам, предупреждал своих учеников о не дозволении ушам прислушиваться к звукам флейты и цимбал. Он утверждал, что душа должна быть очищена от иррациональных влияний тождественным пением, которому следует аккомпанировать на лире. Существует придания, что Пифагор слышал музыку сфер. Древние племена Месопотамии (халдеи) также осознавали, что небесные тела исполняют космический гимн по мере их движения по небу. В народной медицине слову придавалось большое значение при лечении различных заболеваний было принято использовать различные заговоры. Например: «Матушка Зоря Вечерняя, Утренняя, Полуночная! Как вы тихо потухаете-поблекаете. Так бы и болезни и скорби в рабе божьем (имя) потухли и поблекли – Денные, ночные и полуночные». – «Месяц, ты месяц – серебряные рожки, златые твои ножки! Сойди ты, Месяц, сними мою зубную скорбь, унеси боль под облака. Моя скорбь ни мала, ни тяжка, а твоя сила могуча. Мне скорби не перенесть, а твоей силе перенесть». Поэтические обращения Ярославны к солнцу, ветру и Днепру представляют пример старинного заклинания. По глубокому убеждению первобытных племен слово человеческое обладало чародейной силой. На этой основе возникло верование, бытующее доселе у индоевропейских народов: слова благословения, доброго пожелания и приветствий (то есть пожеланий здоровья при встрече и на пирах при «заздравных кубках») приносят тому, кому они высказываются, счастье, довольство, крепость тела и успех в делах. Наоборот, слова проклятия или злого пожелания влекут за собой гибель, болезни и разные беды. Благословение – есть доброе, благое слово – точно так же как проклятие – злое, недоброе слово… 18 П. П. Гаряев в книге «Волновой геном» выдвинул идею, что слова могут воздействовать на ДНК и что она небезразлична к получаемой информации. Своеобразные волновые «уши» ДНК приспособлены к восприятию слов, причем одни слова, (например, молитва) оздоравливают ДНК, а другие (проклятия) разрушают. Ничто в жизни не проходит бесследно, и все услышанные человеком слова (которые были произнесены им самим, собеседниками, героями кинофильмов или телепередач) влияют на здоровье его потомков. По мнению Горяева, любое слово представляет собой некую «волновую программу», способную изменить человеческую жизнь. Слово может сработать как «как прыгающий ген»: вызвать тяжелое заболевание или наоборот, устранить его. П. 2. ЗВУК И ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД Согласно энергоинформационному подходу слово помимо смысловой нагрузки несет волновую и информационную природу. Ничто не проходит бесследно, не отражается в едином информационном поле Земли. Основа функционирования всего мира лежит в сохранении энергии: сила действия равна силе противодействия. Поэтому любое слово несет в себе обратную силу, воздействие которой возвращается к автору бумерангом. Выдающийся психиатр В. М. Бехтерев всегда подчеркивал важность слова в лечении недугов, указывал, что если больному от беседы с врачом не становится легче, это не врач. п. 2. 1. СТИХОТЕРАПИЯ С давних времен люди знали, что ритмическая речь эффективно воздействует на психику, и пользовались этим. Стихотворные формы, песни способны возбуждать или успокаивать человека, вызывать даже радость или слезы. Например, если использовать в качестве формулы внушения или самовнушения короткое стихотворение, которое содержит словесную установку на лечение определенной болезни, это оказывает сильное лечебное воздействие на пациентов, особенно при неврозах, страхах, навязчивых состояниях, кожных и язвенных болезнях. Стихотерапия - индивидуальный, эффективный и безболезненный метод психорегуляции. Нужно подобрать для себя такие стихотворные формы, которые помогут создать нужный эмоциональный настрой, расслабиться, отвлечься от тревожных мыслей. Стихотерапия доступна всем. п. 2. 2. ОКЕАН ЗВУКОВ Голос – это душа человека. Связь голоса, любого звука, акустической вибрации с нервными центрами установлена еще в древности. Мы живем в океане различных звуков, и если даже на самое короткое время лишить человека вибраций (акустических колебаний воздуха), у него начнется расстройство психики. Ухо человека способно слышать звуки в диапазоне от 20 до 20000 Гц, но животные (например, кошки, собаки) воспринимают вибрации и ниже 20 Гц, поэтому и говорят о них: слышат беду. Многие знают: животные раньше всех покидают селение, в котором через день-другой начнется землетрясение. Дельфины общаются между собой при помощи ультразвука (свыше 20000 Гц), птицы тоже улавливают высокие частоты. То, что создано гениями – Бахом, Бетховеном, Моцартом, Генделем, - само по себе бальзам для человеческого сердца. Когда великие композиторы создавали свои прекрасные симфонии, прелюдии, сонаты, они входили в состояние некоего транса и то, что у них было в душе, переводили на язык музыки. 19 Очень важно, чтобы будущая мама находилась постоянно в окружении приятных, чарующих звуков (шум прибоя, звуки леса, классическая музыка). Ребенок, находясь в утробе матери, все слышит. Добрые, теплые звуки, слова, мотивы попадают в его подсознание и в значительной мере определяют его дальнейшую жизнь. На Руси во время массовых эпидемий холеры и чумы народ сходился к монастырям, в которых не переставая звонили колокола. Считалось, что колокольный звон останавливает распространение этих страшных болезней. По мнению современных ученых, вирусы чумы и холеры разрушали ультразвуковой резонанс. Установлено, например, что тифозная палочка или вирус гриппа в колокольном звоне погибают всего за несколько секунд. п. 2. 3. МУЗЫКАЛЬНАЯ ДИЕТА Если в течение месяца человек настроит музыку только в классику, будет слушать голоса природы: пение птиц, шум дубравы, шелест тростника, он может почувствовать значительные изменения в своем здоровье. Мир предстанет перед ним более ярким по цветной гамме, но самое главное – человек начнет чувствовать людей, а не руководствоваться только правилами выгоды и пользы. Дальше после такой музыкальной «диеты», когда произошла очистка слуховых каналов, человек начинает слышать свою мелодию. И если человек выбирает для себя какую-то хорошую музыку, регулярно слушает её, он лечит тот или иной орган и даже свою душу. п. 2. 4. ЗВУКОВЫЕ РИТМЫ И ОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Проведенными исследованиями доказано, что звуковые ритмы благотворно действуют на обменные процессы у растений и животных. Например, куры под музыку Баха и Шопена увеличивали яйценоскость, а коровы – надои молока. Музыка Баха и индийские мелодии положительно действуют на урожайность т вкус плодов. Современной аюрведической медициной разработаны специальные музыкальные рефрены для индивидуальных типов организма с учетом их взаимодействия с изменяющимися биоритмами окружающей среды. Эта музыка воплощает в себе основные вибрации, пульсирующие в природе каждую секунду, и уравновешивает подъемы и спады деятельности организма в разное время суток. п. 2. 5. ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ РАЗЛИЧНЫХ ЗВУКОВ Энергоинформационный подход предполагает, даже обычные звуки имеют лечебный эффект. «А» Звук «А» заставляет вибрировать грудь и приводит в действие всю звуковую гамму в организме, дает команду всем клеткам настроиться на работу. В тоже время происходит углубление дыхания и увеличение потребления кислорода «О» При звуке «О» вибрирует грудь, но уменьшается глубина дыхания. Мантра «ОУМ» резко уменьшается глубина дыхания, а звуки «ОО - ХАМ» оказывают выраженный лечебный эффект. «Н» Звук «Н» заставляет вибрировать головной мозг, активирует правую половину и лечит болезни мозга, а также стимулирует интуитивные процессы и творческие способности. «В» Звук «В» исправляет неполадки в головном и спинном мозге. «Е» Звук «Е»- особый вибрационный звук. Он используется практически во всех сочинениях. Этот звук- чистильщик нашего организма от грязи. Он создаёт вокруг человека энергетический барьер для защиты от энергоинформационного загрязнения. 20 «М» Звук «М» - замечательный звук. Не случайно одним из первых слов в жизни ребенок произносит слово «мама»: этот звук энергетическую связь матери и ребенка. Если нарушаются вибрации этого звука, нужно подумать об отношениях матери и ребенка. Этот звук- любовь и покой. «РЭ» Звуки «РЭ» помогают снять стрессы, страхи, заикание. «ТЭ» звуки «ТЭ» очищают душу от тяжести, укрепляют сердечно сосудистую систему. «У» Звук «У» вызывает колебания в глотке, гортани. Укрепляет уверенность в своих силах. «СУ» Звуки «СУ» вызывают колебания в нижней части легких.. «Я» Звук «Я» укрепляет уверенность в уверенность в своих силах. На звук «Я» работают семь процессов. Этот звук- резонатор и генератор психологических процессов, он восстанавливает связь через разум с больными органами. Слово «семья» отражает эти семь воздействий, гармонию и психологическую энергию. ХА-ХА, ХО-ХО Звуки «ХА-ХА, ХО-ХО», по преданию древних, изгоняю духов болезни, потому что мы смеемся над ними и в то же время призываем помощь для очищения души и тела. Следует отметить, что с точки зрения энергоинформационного подхода лечебное действие различных звуков зависит не только от их смысла, но и от характера их вибрации. п. 2. 6. ЛЕЧЕНИЕ СМЕХОМ Житейскую истину «с болезнью не шутят» уже давно поставили под сомнение. В библии говорится: «Веселое сердце благотворно как врачевство, а унылый дух сушит кости». И это верно: смех и юмор могут вызвать большие физиологические и психологические изменения в организме человека. Исследования показали, что при применения смехотерапии значительно усиливает любое лечение. Пять минут здорового смеха заменяют 40 минут расслабленного отдыха. Больные, которые больше улыбаются и смеются, намного быстрее выздоравливают, хроническое течение или осложнение болезни у них маловероятно. Центр смеха находится в правом полушарии. При смехе наблюдается прерывистое дыхание. Поэтому вместо одного вдоха и одного выдоха делается три-четыре. Такое дыхание регулирует физическое и психическое самочувствие. Смех действует на кожу как хороший массаж. Верхние дыхательные пути он прочищает даже лучше кашля. Поэтому не зря древние считали, что звуки «ХА-ХА, ХО-ХО» изгоняют духов болезни. Улыбайтесь! Улыбка, вначале даже принужденная, вырабатывает в нашем головном мозге обратную связь, что намного улучшает настроение. 21 ГЛАВА 2. ЗВУКОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ Сегодня трудно себе представить современный персональный компьютер, который бы не умел издавать звуки. Если включить компьютер и приступить к работе с ним, то звук будет сопровождать нас везде – начиная со звукового приветствия при входе в Windows, сквозь весь сеанс работы с операционной системой и заканчивая музыкальными композициями MP3, разнообразными играми, а также при просмотре анимации в Интернете (Macromedia Flash), сопровождаемого частыми возгласами "Аськи" (кличка популярного в народе интернет-пейджера ICQ). Персональные компьютеры за последние годы значительно подтянулись в качестве. Вместе с центральными процессорами эволюционировали и остальные компоненты компьютера. Соответственно, требования пользователей к компьютеру постоянно повышаются. И если 10-15 лет назад всем хватало булькающих и хрипящих звуков встроенного в корпус маленького динамика (PC-спикера), то сегодня непременным атрибутом персонального компьютера является специализированная звуковая подсистема. Для того чтобы уверенно ориентироваться в современном разнообразии различных устройств, служащих цели "озвучить" персональный компьютер, необходимо четко и на достаточном уровне представлять себе все процессы, происходящие внутри компьютера, которые были бы связаны со звуком. Для начала необходимо определить основные понятия, используемые в нашей работе. Термин Частота дискретизации Описание Частота, характеризующую периодичность измерения звукового сигнала. Цифровой звук Способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Сэмпл Оцифрованные образец звуков музыкального инструмента. Кодер (англ. coder, Программа и/или устройство, используемые для преобразования инencoder) формации из одного вида в другой (кодирование). Декодер (англ. decoder) По сути, то же, что и кодер, но осуществляет преобразование в обратном направлении. Кодек (англ. codec) Кодер и декодер в одном блоке. Степень сжатия Отношение размера входного (некодированного) файла к размеру выходного (кодированного) файла. Например, степень сжатия 11:1 означает, что закодированный файл в 12 раз меньше оригинала. Битрейт (англ. bitrate) Количество информации в килобитах в 1 секунде звука. То есть 128 Кбит/с означает, что секунда звука описывается 128 Кбит, или, если вспомнить, что 8 бит — это 1 байт, получается 16 Кбайт. Оказывается, что такого размера большинству людей вполне хватает. Однако понятно, что чем битрейт больше, тем звук лучше. Децибелл (англ. decibell, обознач. дБ, dB) Единица измерения каких-либо величин. Очень часто используется в звукотехнике из-за особенностей восприятия звуков человеком. В звукотехнике часто в качестве опорной величины берется максимальный уровень звука. 22 Рассмотрим основные характерные этапы, которые проходит звуковая информация, путешествую из цифровых внутренностей компьютера до наших ушей: 1. Звуковая информация хранится в виде файлов на различных носителях (жесткий диск, CD-ROM, DVD-ROM, другие носители). 2. Программа, воспроизводящая звуковой файл (WinAmp, Windows Media Player, RealAudio Player, игровая программа, мультимедийная обучающая программа) считывает информацию из файла, если нужно, декодирует ее, пользуясь своими или системными кодеками, в стандартный звуковой поток и передает драйверам активного или указанного пользователем звуковоспроизводящего устройства. 3. Звуковоспроизводящее устройство обрабатывает звук на программном и/или аппаратном уровне в соответствии с установками пользователя или игры (различные эффекты объемного звучания, эквалайзер, преобразование частоты семплирования и разрядности данных и прочие). 4. Звуковой сигнал из цифровой формы переводится в аналоговую (этим занимаются специальные устройства - цифро-аналоговые преобразователи, обычно интегрированные в одной микросхеме вместе с другими родственными им компонентами). 5. Звуковой сигнал усиливается усилителем мощности (с линейного уровня до необходимого акустическим системам). 6. Акустические системы играют нам долгожданную музыку или звуки (звуковой сигнал из электрического вида преобразуется в звуковые колебания, слышимые ухом). В реальности, эти этапы часто группируются или даже дублируются в различных отдельных частях персонального компьютера. Звуковая подсистема компьютера может быть расширяемой и подлежащей апгрейду (как чаще всего и бывает), а может представлять собой законченную нерасширяемую систему (например, ноутбук со встроенными в него миниатюрными стереодинамиками). В природе очень редко, но встречаются и различные экзотические звуковые устройства, которые мы далее рассматривать не будем, но нужно всегда подразумевать, что никаких чудес не бывает, и все перечисленные этапы присутствуют и в них тоже. Например, USB-колонки, в которых 3-й этап реализован полностью программно, 4-6 происходят в корпусе колонок. 23 §1. ДВОИЧНОЕ КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ П. 1. ГЛУБИНА КОДИРОВАНИЯ И ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Для их записи с целью последующего воспроизведения необходимо как можно точней сохранить форму кривой зависимости интенсивности звука от времени. При этом возникают определенные трудности: звуковой сигнал непрерывен, а компьютер способен сохранить в памяти пусть очень большое, но конечное число дискретных величин. Следовательно, в процессе записи звуковая информация должна быть «оцифрована», т.е. из аналоговой непрерывной формы переведена в цифровую дискретную. Данную функцию выполняет специальный блок, входящий в состав звуковой карты, который называется аналогоцифровой преобразователь – АЦП. П. 2. ПРИНЦИП РАБОТЫ АЦП АЦП производит дискретизацию записываемого звукового сигнала по времени. Это означает, что изменение уровня интенсивности звука ведется непрерывно, а, напротив, в определенные фиксированные моменты времени. Частоту, характеризующую периодичность измерения звукового сигнала, принято называть частотой дискретизации. АЦП производит дискретизацию амплитуды звукового сигнала. При изменении имеется «сетка» стандартных уровней (например, 256 или 65 536 – это количество характеризует глубину кодирования), и текущий уровень измеряемого сигнала округляется до ближайшего из них. Итак, в ходе оцифровки звука мы получаем поток целых чисел, представляющих собой стандартные амплитуды сигналов через равные промежутки времени. Любая информация для хранения в компьютере приводится к цифровой форме и затем переводится в двоичную систему. Обратный процесс – воспроизведение записанного в компьютерный файл звука. Здесь имеет место преобразование в противоположном направлении – из дискретной цифровой формы представления сигнала в непрерывную аналоговую, соответствующий узел компьютерного устройства называется ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь. В разных звуковых картах для воспроизведения звукового сигнала могут использоваться различные способы. Наиболее наглядный и понятливый из них состоит в том, что по имеющимся точкам рассчитывается степенная функция, проходящая через заданные точки, которая и принимается в качестве формы аналогового сигнала. 24 §2. ОЦИФРОВКА ЗВУКА «Обычный» аналоговый звук представляется в аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом. Компьютер оперирует с данными в цифровом виде. Это означает, что и звук в компьютере представляется в цифровом виде. Как же происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой? Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Допустим, мы имеем аналоговую звуковую дорожку хорошего качества (говоря «хорошее качество» будем предполагать нешумную запись, содержащую спектральные составляющие из всего слышимого диапазона частот – приблизительно от 20 Гц до 20 КГц) и хотим «ввести» ее в компьютер (то есть оцифровать) без потери качества. Как этого добиться и как происходит оцифровка? Звуковая волна – это некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени. Казалось бы, что раз это функция, то можно записать ее в компьютер «как есть», то есть описать математический вид функции и сохранить в памяти компьютера. Однако практически это невозможно, поскольку звуковые колебания нельзя представить аналитической формулой (как y=x2, например). Остается один путь – описать функцию путем хранения ее дискретных значений в определенных точках. Иными словами, в каждой точке времени можно измерить значение амплитуды сигнала и записать в виде чисел. Однако и в этом методе есть свои недостатки, так как значения амплитуды сигнала мы не можем записывать с бесконечной точностью, и вынуждены их округлять. Говоря иначе, мы будем приближать эту функцию по двум координатным осям – амплитудной и временной (приближать в точках – значит, говоря простым языком, брать значения функции в точках и записывать их с конечной точностью). Таким образом, оцифровка сигнала включает в себя два процесса - процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования. Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. 25 Таким образом, оцифровка – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к округлению). Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще мы будем делать замеры амплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше мы будем округлять полученные значения (чем больше уровней квантования), тем более точное представление сигнала в цифровой форме мы получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды можно сохранить. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЦИФРОВКИ ЗВУКА Во-первых, надо иметь в виду, что память компьютера не бесконечна, так что каждый раз при оцифровке необходимо находить какой-то компромисс между качеством (напрямую зависящим от использованных при оцифровке параметров) и занимаемым оцифрованным сигналом объемом. Во-вторых, частота дискретизации устанавливает верхнюю границу частот оцифрованного сигнала, а именно, максимальная частота спектральных составляющих равна половине частоты дискретизации сигнала. Попросту говоря, чтобы получить полную информацию о звуке в частотной полосе до 22050 Гц, необходима дискретизация с частотой не менее 44,1 КГц. Существуют и другие проблемы и нюансы, связанные с оцифровкой звука. Не сильно углубляясь в подробности отметим, что в «цифровом звуке» из-за дискретности информации об амплитуде оригинального сигнала появляются различные шумы и искажения (под фразой «в цифровом звуке есть такие-то частоты и шумы» подразумевается, что когда этот звук будет преобразован обратно из цифрового вида в аналоговый, то в его звучании будут присутствовать упомянутые частоты и шумы). Так, например, джиттер (jitter) – шум, появляющийся в результате того, что осуществление выборки сигнала при дискретизации происходит не через абсолютно равные промежутки времени, а с какими-то отклонениями. То есть, если, скажем, дискретизация проводится с частотой 44,1 КГц, то отсчеты берутся не точно каждые 1/44100 секунды, а то немного раньше, то немного позднее. А так как входной сигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к «захвату» не совсем верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованного сигнала может ощущаться некоторое дрожание и искажения. Появление джиттера является результатом не абсолютной стабильности аналогово-цифровых преобразователей. Для борьбы с этим явлением применяют высокостабильные тактовые генераторы. Еще одной неприятностью является шум дробления. Как 26 мы говорили, при квантовании амплитуды сигнала происходит ее округление до ближайшего уровня. Такая погрешность вызывает ощущение «грязного» звучания. Небольшая справка: стандартные параметры записи аудио компакт-дисков следующие: частота дискретизации – 44,1 КГц, уровень квантования – 16 бит. Такие параметры соответствуют 65536 (216) уровням квантования амплитуды при взятии ее значений 44100 раз в секунду. На практике процесс оцифровки (дискретизация и квантование сигнала) остается невидимым для пользователя - всю черновую работу делают разнообразные программы, которые дают соответствующие команды драйверу (управляющая подпрограмма операционной системы) звуковой карты. Любая программа (будь то встроенный в Windows Recorder или мощный звуковой редактор), способная осуществлять запись аналогового сигнала в компьютер, так или иначе оцифровывает сигнал с определенными параметрами, которые могут оказаться важными в последующей работе с записанным звуком, и именно по этой причине важно понять, как происходит процесс оцифровки и какие факторы влияют на ее результаты. СТАНДАРТНАЯ СХЕМА РЕАЛИЗАЦИИ ЗВУКОВОЙ ПОДСИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРА Взгляните на рисунок. Системный блок показан в местном разрезе в изометрической проекции. К нему посредством соединительных шнуров могут быть подключены внешний микрофон (вход Mic in) и активные акустические системы (Line Out). Компьютер может иметь 4 основных вида интеграции звуковоспроизводящего устройства: 1. Встроенный в материнскую плату кодек (иногда вместе со звуковым чипом.) 2. Вставляемая в слот (разъем) AMR/CNR звуковая карта. 3. Вставляемая в слот PCI звуковая карта. 4. Вставляемая в слот ISA звуковая карта. 27 §3. ЗВУКОВАЯ КАРТА - А что звуковая карта сама музыку пишет? С чего вы взяли?! Ну как же, на ней написано «креатив»! Диалог в компьютерном салоне П. 1. ЭВОЛЮЦИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗВУКА Вся история поначалу робкого, а потом стремительного и мгновенного завоевания звуком самого сердца персонального компьютера прошла на глазах миллионов пользователей, многим из которых сегодня не стукнуло еще и тридцати. У компьютеров с мощнейшим по тем временам процессором 386 SX, двумя мегабайтами оперативной памяти и жестким диском на несколько десятков мегабайт имелся крохотный динамик, который ухитрялся во всю свою комариную мощь пропискивать нехитрый музыкальный ряд в тогдашних играх. Сегодня кажется смешным, но компьютерные журналисты называли звучание «пищалки» в тогдашних играх «восхитительным» и «до ужаса реалистичным». Попытки вырваться за пределы вокальных способностей «пищалки» предпринимались много раз. Старожилы, наблюдавшие развитие российского компьютерного рынка, помнят еще, должно быть, небольшие коробочки под названием Covox, которые сами собирали по нехитрым чертежам в журналах типа «Радио и связь». Подключали коробочки в параллельному порту компьютера, а в них, в свою очередь, втыкались колонки или наушники. Звук был монофоническим, с чудовищным количеством шумов… Но то был ЗВУК! С помощью нехитрого волшебства компьютер обретал голос, становился МУЛЬТИМЕДИЙНЫМ (Примеч. Мультимедиа способна объединять одновременно текст, звуки, музыку, шумовые эффекты, видеоизображение, видеоклипы, телевизионное изображение, анимацию, мультипликацию, диаграммы, карты, таблицы, рисунки, картины, фотографии, слайды, схемы, чертежи и т. п.) – и уже само это вызывало в душе мистический трепет. Владельцам «IBM PC-совместимым» пришлось ждать до 1989 года, когда мир впервые познакомился с торговой маркой Sound Blaster, которая сегодня стала столь же нарицательным названием, как «ксерокс». Тогда же услышали о компании Creative, которая и стала родителем первой звуковой карты. Пока еще – монофонической. Но до России добралось лишь второе или даже третье поколение звуковых карт от Creative – в начале 90-х годов. Сегодня нам, избалованным мультимедийностью, трудно даже понять, какой роскошью была звуковая карта поначалу, каким незабываемым расточительством и чуть ли не развратом казалась ее покупка. И неудивительно – тогдашние карты предназначались исключительно для игр. Бум музыкальных, а тем более видеодисков был далеко впереди, о цифровой музыке в компьютере и вовсе не мечтали (тогдашние винчестеры не могли вместить и получаса несжатого звука)… … И потому создавалась звуковая карта первоначально для работы не со столь привычным для нас цифровым, а с синтезированным (или MIDI) звуком, которым и были озвучены тогдашние игры. Сами файлы с MIDI-музыкой занимали очень мало места – не более пары десятков килобайт. Собственно и музыки они вовсе не содержали, - в них была записана лишь последовательность команд для встроенного синтезатора звуковой карты. При воспроизведении MIDI-музыки на звуковую карту шел не цифровой сигнал, который она просто тупо пропускает через себя, а поток инструкций типа: «Сыграй мне ноту «ля» гобоем. А теперь – «си» на скрипке!». Так и рождалась (точнее синтезировалась) мелодия. Вокал, по понятным причинам, в MIDI-композициях просто отсутствовал. 28 Поначалу звуковые карты пытались самостоятельно имитировать звучание всех музыкальных инструментов, просто генерируя сигнал заданной длительности и тона – такой метод назывался «частотной модуляцией» или FM-синтезом . ни в какое сравнение со звучанием подлинных инструментов синтезированный звук е шел… Позднее, уже в середине 90-х, создатели звуковых карт изобрели новый метод: «волнового синтеза» (Wavetable). Теперь MIDI-композиции собирались «по кирпичикам» из образцов звучания реальных инструментов, собранных в специальные «банки» (достигавшие нескольких десятков мегабайт). Поначалу эти «банки» хранились в собственной оперативной памяти карты, и лишь в 1998 году, когда со старой и медленной шины ISA звуковые карты переместились на быструю PCI, «банки» стали храниться в оперативной памяти компьютера. А сами карты резко подешевели… Справка. Системная шина – это электронная магистраль, по которой перемещаются потоки данных от периферийных контроллеров или памяти к центральному процессору. Скорость работы системной шины задается не процессором, а чипсетом, располагающимся на материнской плате. Именно чипсет отвечает за доставку информации от одного компонента системы к другому. . П. 2. ЗВУКОВЫЕ КАРТЫ НА ШИНЕ ISA Справка. В большинстве компьютеров, произведенных в 1984-1999 гг. периферийной основной шиной являлась 16-битная шина ISA (Industry Standard Architecture — Архитектура промышленного стандарта). В современных компьютерах она практически не встречается. Шина расширения (или «периферийная шина») является электронной магистралью, соединяющей слоты расширения и порты на задней панели системного блока с системной шиной. Само соединение происходит при помощи контроллера периферийной шины, который сейчас интегрируется в чипсет. На картах, предназначенных для слота ISA, нижняя часть с контактами очень часто разделена на два сегмента. Каждый сегмент обрабатывает 8 бит из общих 16. Первый сегмент был создан с таким расчетом, чтобы в ISA-слоте можно было использовать оригинальные, 8-битные карты, появившиеся в самых первых IBM PC примерно во времена Октябрьской революции в России. Второй сегмент обрабатывает вторую половину 16-битного пакета. Он появился в IBM PC AT незадолго до бомбежки Перл-Харбора. Звуковые карты на шине ISA были самыми первыми полноценными звуковоспроизводящими устройствами для персонального компьютера. В стародавние времена великого и ужасного DOSa (период до 1995 года н.э.) для таких карт была очень актуальна совместимость со стандартом Sound Blaster Pro. В наше время беспредельного господства семейства операционных систем Windows, для таких карт актуальным становится лишь их надежная и правильная работа в Windows, совместимость с последними версиями развлекательно-игрового API DirectX, а также возможность разделения ресурсов звукового устройства между программами в Windows. И хотя совместимость со стандартом Sound Blaster Pro в настоящее время уже и не актуальна, многие магазины до сих пор указываются в прайсах позиции на звуковые карты в стиле: "SB16 [название карты]". Типичные представители этой группы звуковых карт: Любые собранные на чипах фирмы ESS старых серий (ESS688, ESS1868); семейство Creative Sound Blaster Pro (а также Sound Blaster 16, Sound Blaster AWE32, Sound Blaster AWE64, и их модификации); Gravis Ultra Sound (ACE/MAX); Yamaha 718/719 и множество других фирм и марок изделий. Основные плюсы карт с шиной ISA: относительная дешевизна, вероятное наличие встроенного усилителя для подключения пассивных колонок (то есть, не имеющих, в отличие от активных, усилителя мощности). 29 Основные минусы карт с шиной ISA: значительная загрузка процессора при воспроизведении звука, существенный шум встроенного усилителя при воспроизведении на сравнительно хорошей акустике, очень часто посредственные характеристики качества звучания и записи (оцифровки сигнала с внешнего источника), отсутствие возможностей большинства современных звуковых карт с шиной PCI (выход на 4 и более колонок, цифровой выход S/PDIF, корректная поддержка частоты дискретизации 48 кГц и т.п.). Резюме: В настоящее время должны быть какие-то очень существенные причины для покупки новой звуковой карты с шиной ISA (например, очень низкая цена на некогда хорошую и дорогую звуковую карту). И наоборот, причин, по которым такую карту в большинстве случаев лучше поменять на более современную с шиной PCI обычно находится очень много. П. 3. ЗВУКОВЫЕ КАРТЫ НА ШИНЕ PCI Справка. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect - Межсоединение периферийных компонентов) является самой популярной периферийной шиной в современных компьютерах. Она имеет размерность в 32 бита и собственные аппаратные компоненты, управляющие коммуникацией с остальными компонентами системного блока. Таким образом, больше не приходится шинковать данные в капусту при передаче их от системной шины к периферийным устройствам. В соответствие с постепенным отказом в персональных компьютерах от медленной и ресурсоемкой шины ISA, в 1997 году корпорация Intel разработала спецификацию AC'97 (Audio Codec '97 Component Specification) в пользу реализации звуковых устройств на перспективных и современных шинах PCI и USB. Реальные преимущества AC'97 (версия 1.0) звуковоспроизводящих устройств: 1. По-прежнему совместимость с Sound Blaster для DOS игр (в т.ч. FM синтез, MPU 401 MIDI интерфейс, джойстик); 2. Низкая загрузка CPU; 3. Полный дуплекс (full duplex, возможность записи во время воспроизведения) со различными частотами дискретизации; 4. Высококачественный звуковой выход (~90 дБ SNR); 5. Режим 3D stereo в аудио кодеке (Audio Codec); 6. Единый микшер для всех устройств, поддерживающий запись и воспроизведение со следующих источников: Wave, MIDI синтезатор, CD audio, линейный вход, микрофон, модем и другие; 7. Высококачественный микрофонный вход (~70-80 дБ SNR при АЦП, программно регулируемое усиление); 8. Линейный выход для подключения к бытовой Hi-Fi аппаратуре; 9. Декодирование AC-3 потока для DVD фильмов; 10. Аппаратная поддержка MIDI синтеза; 11. Аппаратная поддержка DirectSound 3D. Версия AC'97 2.0 добавила опциональную поддержку частоты семплирования до 96 кГц. Версия AC'97 2.1 от 05.1998 включила множество несущественных поправок с учетом времени. Последней версией на сегодня является AC'97 2.2 от 09.2000. В ней официально задокументирована поддержка 5.1 аналоговых выхода и опциональное наличие цифровых S/PDIF интерфейсов. Для того, чтобы разнести довольно шумные цифровые шины (напомню, частота шины PCI составляет 33 МГц) с высоким уровнем сигнала от аналоговых чувствительных цепей спецификация AC'97 предусматривает разделение звуковоспроизводящего 30 устройства на 2 части: цифровой контроллер (Digital Controller) и кодек (Audio Codec). Соединены они по синхронной 5-контактной шине AC-link, стандартно работающей на частоте 48 кГц и разрядности 16 бит (стандарт предусматривает опциональное увеличение формата передачи данных до 20 бит 96 кГц). Звуковой чип занимается цифровой обработкой, а кодек - оцифровкой, воспроизведением, а также цифровым и аналоговым микшированием различных звуковых источников сигнала. Для избежания цифровых перегрузок при микшировании (а также для некоторых других целей) разрядность кодеков делают выше 16 бит с небольшим запасом. Обычно это 18 бит, но иногда встречаются и 20 битные. PCI-ные звуковые карты, соответствующие AC'97, несомненно, качественный скачок по сравнению с их ISA предшественниками во всех отношениях.. Кроме того, именно спецификация AC'97 позволяет реализовать различные варианты компоновки звуковых плат - как с одним стерео выходом, так и с двумя (на фронтальные и на тыловые колонки) или с шестью (для вывода декодированного 5.1 потока и подачи на 5.1 комплект акустики по аналоговым входам). Практический вывод из всего вышеизложенного следует такой. Качество звучания карты во многом определяется кодеком, который и занимается оцифровкой и воспроизведением звука. Основные производители AC'97 кодеков: SigmaTel (наиболее распространены модели STAC 9704/9708/9721), Crystal Semiconductors (CS4297/CS4294), Wolfson (серия XWM, например XWM9704), Analog Devices (маркировка AD). Примеры цифровых контроллеров: Creative EMU10K, Aureal AU8810/8820/8830, Yamaha YMF 724/740/744/754, ForteMedia FM801AS/AU, Crystal Semiconductors CS4612/4614/4630. Цифровые интерфейсы: Современная звуковая карта может содержать разъемы цифровых интерфейсов. Это бытовые, но довольно качественные цифровые протоколы S/PDIF и Toslink. Они служат для вывода звука из компьютера в цифровом формате и дальнейшего раскодирования и/или цифро-аналогового преобразования иногда более качественными, нежели дешевые звуковые кодеки, преобразователями бытовых устройств или ресиверами наборов компьютерной акустики. Можно не делать какому-либо цифровому формату особого предпочтения: на хорошей аппаратуре S/PDIF и Toslink играют на слух неотличимо замечательно), слушал на $600, $900 и $1600 аппаратуре и не услышал никаких отличий). На многих звуковых картах разъемы S/PDIF выполнен в виде миниджека. Для подключения к внешнему цифровому устройству в таком случае необходимо запастись обычным аудио-шнуром "моно миниджек на тюльпан (RCA)" либо "стерео миниджек на два тюльпана". При подключении звуковой карты Live!, в последнем случае следует использовать белый тюльпанчик для подключения к ресиверу. Основные плюсы карт с шиной PCI: звук более высокого качества, чем у старых ISA карт, многоканальный выход для прослушивания звукового сопровождения игр и DVD фильмов, возможность использования программных MIDI синтезаторов с приемлемой задержкой, поддержка 3D звуковых API (DS3D, EAX, A3D) на аппаратном или достаточно хорошем программно-аппаратном уровне, наличие цифровых интерфейсов (RCA S/PDIF, optical Toslink). Основные минусы карт с шиной PCI: более высокая цена у хороших звуковых карт, у некоторых карт встречаются проблемы с совместимостью со стандартом Sound Blaster в чистом DOS-е. 31 …История продолжается. К тому времени, как появились карты на шине PCI, век MIDI уже клонился к закату: все увереннее продвигался на лидирующие позиции цифровой звук. С внедрением в обиход дисководов CD-ROM, ростом емкости винчестеров до гигабайтных величин и появлением методик компрессии цифрового звука (ну кто сегодня не знает хотя бы одну из них – MP3?) цифровой звук вытеснил MIDI из игр, а затем – из бедных поначалу компьютерных фонотек. MIDI оказалась на задворках истории: сегодня верность ей сохраняют лишь музыканты, поскольку творить музыку удобнее всего именно в MIDI, да любители «караоке». Цифровой звук можно сравнить с фотографией. Это – точная копия музыки, человеческой речи и любого другого звука; принцип воспроизведения такого звука звуковой картой похож на принцип работы магнитофона. В этом случае звуковая карты всего лишь переводит «цифровой» звук в привычную нам «аналоговую» форму. Возможно и обратное – аналогово-цифровое преобразование: оно происходит при записи в компьютер звука от внешнего источника. Подружившись с оцифрованным звуком, звуковые карты были вынуждены полностью «сменить ориентацию»: активно совершенствовались преобразователи, появлялись встроенные спецэффекты, рассчитанные на прослушивание музыки с компакт-диска. Рост какое-то время шел скорее количественный, чем качественный. И к 1997 – 1998 годам казалось, что эволюция компьютерного звука просто остановилась. Но тут произошла новая революция на большинстве материнских плат стали устанавливаться отдельные чипы, отвечающие за обработку звука. Поговаривали даже, что уже через два-три года звуковые платы и вовсе исчезнут как класс. П. 4. ВСТРОЕННЫЙ В МАТЕРИНСКУЮ ПЛАТУ ЗВУКОВОЙ КОДЕК В связи с ростом вычислительных возможностей центральных процессоров и с выходом спецификации AC'97 с целью удешевления стоимости компьютера у производителей появилась возможность убрать цифровой контроллер и возложить его функции полностью на центральный процессор. Этим не преминула воспользоваться сама Intel, которая в последнее время стала выпускать интегрированный чипсет для материнских плат - i810, i815 и т.п. Производители материнских плат и магазины стали величать такую схему реализации звуковой подсистемы как "интегрированный AC97 звук". Так что если увидите такую аббревиатуру - знайте, что в материнскую плату скорее всего просто встроен AC97 кодек, со всеми вытекающими последствиями. Программная реализация цифрового контроллера через драйвера отнимает довольно много ресурсов. А качество цифровых операций микширования источников часто оставляет желать лучшего. Прибавьте к этому отсутствие поддержки игровых интерфейсов и вы поймете, что такой звук годится только для офисного применения. Но никто не мешает докупить к такому компьютеру отдельную полноценную звуковую карту (а встроенный звук отключить, к примеру, в BIOS-е). Другое дело, если в материнскую плату впаян и цифровой контроллер. В этом случае на нее распространяется все вышесказанное о звуковых картах с шиной PCI. Основные минусы встроенного кодека: только офисное применение. 32 §4. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СОВРЕМЕННЫХ ЗВУКОВЫХ КАРТ Теперь разберемся, какую именно карту стоит выбрать… И стоит ли вообще это делать. Может быть, ограничиться встроенным звуком? П. 1. КОЛИЧЕСТВО ПОДДЕРЖИВАЕМЫХ КОЛОНОК Первоначально все платы с поддержкой «трехмерного» звука ориентировались на обычную систему из двух колонок. Однако уже 1999 году фирма Creative предложила новую, четырех колоночную систему для создания полноценного «звукового окружения» - пара колонок «переднего плана», пара - «заднего». Соответственно, и выходов для колонок на задней карте должно быть два: свой разъем для каждой пары колонок. При этой схеме к четырем колонкам может быть подключена дополнительная, пятая - сабвуфер, усилитель низких частот. В 2002 году на арену вышли звуковые платы нового поколения - с поддержкой уже семи колонок (7.1) Справка. САБВУФЕР - это такая колонка, которая умеет воспроизводить ТОЛЬКО низкие частоты (как правило, от 20 до 350 Гц), но делает это очень хорошо. Результатом его использования является удивительно сочный и немного агрессивный звук, раз послушав который, вы уже не сможете потом отделаться от чувства, что без этого самого сабвуфера чего-то да не хватает. Выглядит сабвуфер примерно так же, как системный блок стандарта minitower, если вместо передней панели на него одеть черную сеточку, а стенки сделать из дерева. Сабвуфер имеет один большой (5.25 дюйма) динамик. Если вы решитесь покупать нечто подобное, то запомните твердо: сабвуфер должен быть ДЕРЕВЯННЫМ, иначе пластмасса от низких частот начнет дребезжать, и никакого удовольствия не получите. Сзади на корпусе сделана большая дыра, сквозь которую проходит воздух, отчего, по заверению изготовителей, звук становится просто восхитительным. Реальную "объемность" шестиканального звука можно ощутить только при воспроизвести DVD-дисков, звуковая дорожка которых изначально "разложена" на нужное количество каналов по стандарту Dolby Digital EX. Сочетание цифрового вывода звука с использованием 6-канальной аудиосистемы " домашнего театра" (3 основных канала + 2 канала для создания эффекта объемности звука + низкочастотный динамик-сабвуфер) позволяет получить звук небывалой реалистичности. Но... только при воспроизведении DVD. В большинстве игр или при воспроизведении обычных AudioCD преимущества DD никак не ощущаются. Скорее даже наоборот, - каким бы качеством ни обладали колонки компьютерных комплектов "домашнего театра" они по-прежнему уступают звучанию обычных аудиоцентров... Но вины самих звуковых карт здесь нет. Если вы подключите к вашему компьютеру, оборудованному "многоканальной" звуковой картой, хороший комплект колонок стоимостью несколько сот долларов, преимущество Dolby Digital будет налицо. П. 2. МАКСИМАЛЬНАЯ РАЗРЯДНОСТЬ И ЧАСТОТА ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА Вплоть до 1999 года большинство звуковых плат поддерживало запись и воспроизведение звука с частотой до 44 кГц и разрядностью до 16 бит – эти характеристики соответствуют параметрам звука на обычном AudioCD. Однако сегодня требования к платам значительно повысились – и связано это, прежде всего, с приходом в звуковой мир новых типов носителей. Так частота оцифровки звука на DVD- дисках составляет 48 и 96 кГц, а разрядность - 24 бит. У новых аудионосителей (DVD-Audio) частота дискретизации может доходить до 192 кГц – поэтому, если вы когда-нибудь собираетесь работать с этим форматом, выбирайте плату стандарта "192/24". 33 Максимальные значения этих двух параметров важны не только для воспроизведения, но и для записи звука. Правда частота оцифровки при записи звука даже у последних моделей звуковых карт не превышает 96 кГц. Может возникнуть вопрос - зачем так много? Известно, что человеческое ухо с трудом воспринимает даже сигнал с частотой 18-20 кГц... Однако не забудем, что мы имеем дело со звуком оцифрованным – и его частота определяет уже совсем иные показатели. Еще в середине XX века знаменитый математик Клод Шеннон сформулировал постулат: для качественной передачи звука частота его «дискретизации» при оцифровке должна быть вдвое большей, чем максимальная частота звучания оригинала. Значит, частота дискретизации в 44,1 кГц обеспечивает качественную передачу звука с частотой до 22 кГц. Важно учитывать и другое: при оцифровке звука сигнал подвергается значительному искажению и упрощению, что особенно ярко проявляется в полосе частот, вплотную прилегающей к «пограничной» зоне. А это значит, что чем выше частота дискретизации, тем дальше отстоит от границы нужный нам «слышимый» диапазон. И тем добротнее он будет записан и воспроизведен. П. 3. ПОДДЕРЖКА СТАНДАРТОВ ОБЪЕМНОГО ЗВУЧАНИЯ В многочисленных аббревиатурах, которые сегодня украшают коробки со звуковой аппаратурой, нетрудно запутаться — Dolby Digital, AC-3, Dolby EX, DTS, THX... Попробуем избавить вас от головной боли. Dolby Digital (DD) — стандарты, созданные компанией Dolby Laboratories (в свою очередь, основанной в середине прошлого столетия физиком Рэем Долби). Формат DD, впервые представленный в 1992 году, предполагает вывод шестиканального звука (5.1)— и именно в этом формате записаны звуковые дорожки большинства фильмов на DVD. Термин же АС-3 обозначает систему компрессии звука, применяемую в этой системе. Dolby EX - усовершенствованная модель DD, представленная в 2001 году. От оригинальной Dolby Digital отличается поддержкой двух дополнительных колонок (7.1). На сегодня Dolby EX считается одной из самых интересных технологий трехмерного звучания, однако, записанных с ее использованием фильмов пока немного. DTS - конкурирующий с Dolby Digital стандарт, созданный студией Стивена Спилберга. Также поддерживает вывод звука на шесть колонок (5.1), однако обеспечивает звучание лучшего качества. ТНХ. Вопреки расхожему мнению, это не новый «продвинутый» стандарт объемного звучания, а всего-навсего сертификат одноименной компании, созданной знаменитым режиссером Джорджем Лукасом. Аппаратура удостоенная значка ТНХ, позволяет добиться идеального (по мнению компании) звучания в любом помещении, так что наличие ТНХ-сертификата лишним тоже не будет. Наряду с «киношными» стандартами трехмерного звучания существуют еще и «игровые»: A3D, разработанный компанией Aureal. Стандарты A3D и A3D2 первыми реализовали технологию «трехмерного» звучания на обычной двухколоночной системе, в отличие от Creative, изначально делавший упор на четыре колонки. Популярность стандарта A3D и сегодня достаточно велика, несмотря на кончину самой фирмы Aureal, бренные останки которой приобрела в вечное пользование... все та же Creative! Сегодня первая версия A3D превратилась в «отраслевой стандарт» и поддерживается многими независимыми производителями звуковых карт. Более совершенная модификация A3D 2.0 поддерживается только чипсетом Vortex 2, карты на основе которого, вследствие банкротства Aureal, сегодня практически исчезли с рынка. 34 ЕАХ (Environmental Audio extensions) — стандарт, разработанный лидёром мультимедиа-технологий Creative Labs на основе упоминавшегося выше DS3D. Первоначально не пользовался особой популярностью из-за ориентации на «квадро» — четырехколоночные системы, однако после ухода с рынка Aureal пользователи волей-неволей вынуждены делать ставку на оставшегося лидера. Сегодня первую модификацию ЕАХ, как и АЗD 1.0, поддерживает большинство звуковых карт и чипов, а вот более совершенные версии ЕАХ 2.0 и ЕАХ 3.0 остаются в монопольном владении Creative и поддерживаются только картами семейства Sound Blaster Live! и Audigy. Последние версии ЕАХ умеют работать с десятками видов эха, отраженных звуков, моделировать искажения звука при «столкновении» с различными препятствиями и прохождении сквозь них... П. 4. СООТНОШЕНИЕ «СИГНАЛ-ШУМ» Это соотношение показывает, насколько уровень помех в звуковой карте слабее соответственно звукового сигнала. Минус 95 дБ и выше – уровень музыкального центра (профессиональные карты ориентированы на соотношение 100-120 дБ). Увы, для большинства встроенных звуковых карт эта на практически недостижима: «внутренности» компьютера, «наполненные» разнообразными сигналами, «блуждающими токами» и тому подобной живностью — мощнейший генератор шумов. И вот тут-то «отдельные» звуковые платы и демонстрируют себя во всей красе — шумят они в любом случае значительно меньше своих «встроенных» собратьев. Естественно, чем благороднее» происхождение карты и чем выше ее стоимость, тем меньше она шумит — трудно ожидать, что 20-долларовая карта от Yamaha проявит себя так же достойно, как новая модель Creative Audigy 2. Кстати, соотношение «сигнал-шум» нужно учитывать не только при ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ звука, но и, наоборот, при его ЗАПИСИ, оцифровке. В большинстве случаев (за исключением тех, что будут оговорены ниже) звук по-прежнему вводится в компьютер через аналоговый вход, — например, микрофонный. И часто бывает так, что «малошумная» при воспроизведении звуковая карта при записи звука ведет себя совершенно непотребным образом, засыпая «песком» все причудливые изгибы мелодии. П. 5. ПОДДЕРЖКА СТАНДАРТА ASIO Поддержка этого стандарта жизненно необходима музыкантам, создающим свои произведения на компьютерё с использованием «виртуальных инструментов» — ASIO позволяет значительно снизить задержки, неизбежные при долгом и извилистом пути сигнала от MIDI-клавиатуры до программы-секвенсора (например, Cubase VST). До недавних пор поддержка ASIO включалась лишь в профессиональные карты стоимостью в несколько сот долларов, однако появившаяся в конце 2002 года карта Creative Audigy впервые смогла реализовать ее на «любительском» уровне. П. 6. ВИДЫ И КОЛИЧЕСТВО РАЗЪЕМОВ В минимальный набор разъемов, которые должны быть на любой уважающей себя звуковой плате, входят следующие: Аналоговые разъемы. На недорогих платах вы найдете всего один разъем для подключения колонок (стерео аудиовыход), но в большинстве случаев, как мы уже говорили, под вторую пару колонок можно задействовать соседний разъем для подключения микрофона или дополнительный аудио-вход. Таким образом, мы получаем как минимум три одинаковые «дырочки» («линейный» вход, «колонки, микрофон). Их общее число 35 может быть до пяти на картах классом повыше — отдельный разъем получает каждая пара колонок и появляется дополнительный выход на наушники. 15-штырьковый MIDI-nopm, напоминающий обычный разъем СОМ-порта предназначен для подключения всего двух видов устройств — игрового манипулятора (джойстика) или внешней MIDI-клавиатуры. Цифровые входы и выходы (оптические, коаксиальные S/PDIF), с помощью можно подключить звуковую карту к внешним усилителям, передавая на них не искаженный аналоговым преобразованием звук по цифровому – каналу. Таким образом, например, при воспроизведении DVD-дисков можем выбрать, будет ли разбрасывать звук по каналам сам компьютер внешний аппаратный декодер – в первом случае колонки подключаются напрямую через аналоговый вход, а во втором — через декодер, подключенный к звуковой карте по цифровому каналу. Возможен и цифровой ввод звука в компьютер с профессиональной звуковоспроизводящей аппаратуры (например, с проигрывателей минидисков). Наличие хотя бы одного выхода S/PDIF полезно в том случае, если у вас имеется высококлассный музыкальный центр с аналогичным цифровым полноценная система «домашнего театра». А вот вход вам вряд понадобится — до тех пор, пока вы не решитесь заняться музыкой на профессиональном уровне. На некоторых новых аудиоплатах (например, семейства Sound Blaster появился и новый порт — цифрового интерфейса FireWire (IEEE 1394), к которому можно подключить внешние накопители, цифровые видеокамеры. Как видим, на звуковых картах дорогих домашних и полупрофессиональных модификаций может быть чуть ли не десяток различных разъемов и входов. Частенько они уже не умещаются на одной-единственной плате, и тогда производителям приходится переносить часть разъемов на вторую, дополнительную планку. Что же касается «топмоделей» от той же Creative, ним нередко прилагается еще и дополнительный блок, который вы установить в отсек для дисковода. 36 §5. СТРУКТУРА ЗВУКОВЫХ КАРТ В комбиниpованных каpтах можно выделить четыре более-менее независимых блока: 1. Блок цифровой записи/воспроизведения, называемый также цифровым каналом, или трактом карты. Осуществляет преобразования аналог->цифра и цифра->аналог в режиме программной передачи. Состоит из узла, непосредственно выполняющего аналогово-цифpовые преобразования – АЦП/ЦАП (междунаpодное обозначение – coder/decoder, codec), и узла управления. АЦП/ЦАП либо интегрируется в состав одной из микросхем карты, либо применяется отдельная микросхема (AD1848, CS4231, CT1703 и т.п.). От качества применяемого АЦП/ЦАП во многом зависит качество оцифровки и воспроизведения звука; не меньше зависит она и от входных и выходных усилителей. Цифровой канал большинства распространенных карт (кроме GUS) совместим с Sound Blaster Pro (8 разрядов, 44 кГц - моно, 22 кГц - стерео). 2. Блок синтезатора. построен либо на базе микросхем FM-синтеза OPL2 (YM3812) или OPL3 (YM262), либо на базе микросхем WT-синтеза (GF1, WaveFront, EMU8000 и т.п.), либо того и другого вместе. Работает либо под управлением драйвера (FM, большинство WT) – программная реализация MIDI, либо под управлением собственного процессора – аппаратная реализация. Почти все FM-синтезатоpы совместимы между собой, различные WT-синтезатоpы – нет. Большинство WT-синтезатоpов содержит встроенное ПЗУ со стандартным набором инструментов General MIDI (128 мелодических и 37 ударных инструментов), а также ОЗУ для загрузки дополнительных оцифрованных звуков, которые будут использоваться при исполнении музыки. 3. Блок MPU. Осуществляет прием/передачу данных по внешнему MIDIинтеpфейсу, выведенному на разъем MIDI/Joystick и разъем для дочерних MIDI-плат. Обычно более или менее совместим с интерфейсом MPU-401, но чаще всего требуется программная поддержка. 4. Блок микшера. Осуществляет регулирование уровней, коммутацию и сведение используемых на карте аналоговых сигналов. В состав микшера входят предварительные, промежуточные и выходные усилители звуковых сигналов. В дочерних платах основными блоками являются собственно музыкальный синтезатор и блок MIDI-интеpфейса, через который плата получает MIDI-сообщения с основной карты. Синтезатор обязательно имеет ПЗУ различного объема; наличие ОЗУ возможно, но неудобно, поскольку MIDI является достаточно медленным для загрузки оцифровок интерфейсом. Синтезированный звук возвращается в основную карту по аналоговому стереоканалу. 37 §6. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЗВУКОВЫХ КАРТ ПО НАЗНАЧЕНИЮ И ЦЕНОВОЙ КАТЕГОРИИ можно выделить следующие виды звуковых карт: 1. Универсальные звуковые платы начального уровня. Недорогие платы с поддержкой от 2 до 6 (5.1) колонок стоимостью до 30 долларов. Как правило, отличаются низким уровнем соотношения «сигнал-шум», а также низкой частоты до 48 (реже — де 96 кГц). Оптического выхода на платах этой группы чаще всего не предусмотрено. 2. «Мультимедийные» платы высшей категории. Здесь уже обязательна поддержка частоты в 192 кГц, наличие оптических выходов, а также высокий уровень соотношения «сигнал- шум» (до 100 дБ). Такую карту можно подключить не только к простеньким компьютерным колонкам, но и к «домашнему кинотеатру», что свидетельствует о ее высоком классе. Стоимость таких карт составляет от 60 до 150 долларов. 3. Звуковые карты для профессиональных музыкантов. Композиторам и аранжировщикам, активно использующим в своей работе MIDI-синтез, в очередь важно, чтобы их карта умела работать с качественными звуковыми «сэмплами» большого объема (поэтому поддержка ASIO 2.0 обязательна, важен низкий уровень шумов (от минус 120 дБ), наличие полноценных цифровых входов-выходов для соединения компьютера с профессиональной аппаратурой . He помешает и большая разрядность карты — от 24 бит — и встроенный процессор эффектов. A вот поддержка нескольких колонок или «объемного» звучания чаще всего просто отсутствует — серьезным людям игрушки ни к чему... Словом, вот признаки, которые отличают дорогие платы от Hoontech, Terratec или AVM Apex стоимостью (приготовьтесь!) от 250 до 700 долларов. ПО КОНСТРУКЦИИ все платы делятся на: 1. обычные, или основные, называемые по традиции "картами", которые вставляются в разъем системной магистрали (обычно ISA), 2. дочерние, подключаемые к специальному 26-контактному разъему на основной карте. По сути, дочерняя плата как бы "надевается" на разъем, удерживаясь на нем только силой трения контактов и фиксирующих штифтов, образуя с основной картой своеобразный "бутерброд". Из-за ограничений интерфейса между основной и дочерней платами дочерние платы могут быть только чисто музыкальными – никаких возможностей по записи/воспроизведению звукового потока они иметь не могут. ...Что остается в итоге? He так уж и мало. Во-первых, вам надо четко определиться, для чего именно вы приобретаете звуковую карту. И в любом случае, если вы собираетесь вложить деньги в хорошую звуковую карту, не поленитесь приобрести и соответствующий ей комплект качественной акустики— иначе все преимущества звуковой карты сойдут на нет. Форматы цифрового звука: сравнительная таблица Формат МРЗ CD Dolby Digital 5.1 DTS DVD-audio Разрядность (бит) 16 16 16...24 20...24 24 Частота (кГц) <48 44,1 48 48, 96 96 (192) 38 Количество налов 2 2 6 6 6(2) ка- Величина потока данных с диска, Кбит/с 32-320 1411,2 448 76S 6912 (4608) Функции современных аудиоплат: справочник no значимости Функция DVD- видео воспроизведение 192 кГц 96 ASIO Цифровой Цифровой кГц вход выход __ __ DD, Dolby ЕХ, ТНХ __ ЕАХ Высокое A3D отношение «сигналшум» __ + +(*) + +(**) DVD-аудио воспроизведение + + — — + (*) + __ +(**) + — + + — + — + + (*) - + — — — + (**) +(**) — — — + (*) — + CD, MP 3 воспроизведение Запись звука Игры — Значимость параметра: + Важно - He важно Примечания: (*) — Только при подключении к внешнему декодеру (цифровому ресиверу) по цифровому каналу (**) — При подключении по аналоговому каналу 39 + §7. ТЕРМИНЫ, С КОТОРЫМИ ВЫ МОЖЕТЕ СТОЛКНУТЬСЯ ПРИ ПОКУПКЕ ЗВУКОВОЙ КАРТЫ Ниже приведен список терминов, которые используются при описании звуковых карт: Цифровой сигнальный процессор (Digital Signal Processor — DSP). Электронный чип, который воспроизводит колебания звука (или вообще любые волны) в формате, который наиболее близок к аналогичному реальному звуку. Такой чип имеется на звуковой карте, а вот в CD-приводе его нет, поэтому без звуковой карты вы не сможете прослушать музыкальный компакт-диск на своем компьютере. Линейный аудио-вход. Специальный входной разъем, который служит для записи звука с магнитофона, телевизора, видеомагнитофона или с компьютера. He путайте его с входом для микрофона, который обычно является моно-, а не стереофоническим. Полнодуплексный, В отношении звуковых карт означает способность одновременного получения и воспроизведения звука. Голос. Красивый синоним для термина «осциллятор». Это устройство, которое создает тона, используемые при составлении «партий» (инструментов) в звуковой карте. Чем больше голосов, тем лучше карта. Обычно в wave-таблицах один голос соответствует одной «партии» — например, одному инструменту или источнику шума. Однако будьте осторожны. Некоторые звуковые карты объединяют несколько голосов в одну партию, чтобы добиться более реалистичного звучания инструментов за счет тембральности. Полифония. Число НОТ, воспроизводимых картой одновременно. Например, квартет — «четырехтомная полифония». Тембральности. Число разных голосов, которые карта может воспроизводить одновременно. Шестиголосная тембральность соответствует оркестровому звуку. Например, струнный квартет является «четырехголосной тембральность», поскольку каждый инструмент квартета может играть одновременно более чем одну ноту. Общие гармонические искажения. Количество искажений (шума), возникающих при усилении звука. При покупке звуковой карты и акустической системы следует брать те, у которых этот параметр не превышает 0,1%. 40 §8. УСТАНОВКА ЗВУКОВОЙ КАРТЫ Все производимые в настоящее время звуковые карты являются «Plug and Р1ау»устройствами. Это значит, что вам больше не нужно настраивать карту — это сделает компьютер, как только вы установите карту в систему. Так что волноваться вам нужно только в том случае, если из системного блока повалит дым. Чтобы звуковая карта заработала, система Windows должна знать три основные параметра настройки: номер прерывания (IRQ), который означает порядок, в котором процессор распознает устройства на периферийной шине, номер канала DMA, который дает звуковой карте возможность напрямую обращаться к системной памяти, и адреса ввода/вывода, которые сообщают процессору, где начинаются программы, вшитые в саму карту. Если вы хотите подключить к звуковой карте оптический привод, то просто подсоедините провод от привода к соответствующему разъему на карте. Многие звуковые карты имеют несколько разъемов — для каждого из возможных типов оптических приводов. Как правило, все разъемы определенным образом помечены, чтобы вы не ошиблись при подключении. Если же вы не до конца уверены в том, какой разъем и куда нужно вставлять, просмотрите инструкцию по звуковой карте. На звуковой плате имеются несколько наружных разъемов, для подключения микрофона, наушников, внешней акустической системы, плюс игровой орт для подключения джойстика или MIDI-устройства. Во-первых, подключите колонки. Если от каждой из двух колонок ведет провод, вы должны подключить одну из них к другой, а затем другую колонку (правую) подключить к звуковой плате. Если же вместе с колонками вы получили один провод, то подключите его одним концом к левой колонке, вторым концом к звуковой плате, а разъем посередине провода воткните в правую колонку. К звуковой карте можно без проблем подключить и домашнюю стереосистему, только вам понадобится специальный переходник, на одной стороне которого будет разъем типа mini-jack (для звуковой платы), а на другой обычные разъемы типа RCA. Теперь вы можете заняться дополнительными устройствами, например, подключить микрофон для записи своего собственного голоса или джойстик, Кстати, к звуковой плате можно подключить несколько MIDI-устройств в виде цепочки, аналогично подключению SCSI-устройств, Таким образом, при наличии мульти-тембрового модуля, MIDI-синтезатора и drurn-машины, их можно будет соединить друг с другом в любом порядке при помощи 5-контактного кабеля типа DIN, а затем один из концов получившейся цепочки подключить к разъему MIDI на звуковой карте. Теперь закройте крышку системного блока и включите компьютер, Для того чтобы звуковая карта заработала, вы должны установить ее драйвер (программу, которая ею управляет). Чтобы получить звук в DOS-играх вы должны будете в каждой игре запускать ее собственную программу настройки звука. В Windows все немного проще, но если какие-то проблемы все-таки встретились, «Как заставить Windows работать с вашими новыми игрушками». ОШИБКИ, КОТОРЫХ СЛЕДУЕТ ИЗБЕГАТЬ Главной проблемой, с которой вы можете столкнуться при установке звуковой карты, являются конфликты прерываний (IRQ), каналов прямого доступа к памяти (DMA) и адресов ввода/вывода. Если звуковая карта не производит никаких звуков, проверьте раздел «Контроллеры звука, видео, игровые» («Sound, video and game controllers») Менеджера устройств. Если вы увидите там восклицательный знак напротив имени вашей звуковой платы, значит, конфликт действительно происходит. Попробуйте переустановить драйвер. Для этого вначале удалите его — выделите драйвер в Менеджере устройств и щелкните по кнопке Remove (Удалить). Перезагрузите 41 компьютер, вновь установите драйвер. Если звуковая плата по-прежнему не работает, значит, технология Plug and Play дала трещину. Многие 16-битные звуковые карты предпочитают пользоваться DMA-каналами с номерами 5, 6 или 7, другие же работают с DMA 3. Для полной совместимости со стандартом «Sound Blaster» необходимо установить DMA 1. Звуковые платы стандарта «Sound Blaster 16» пользуются двумя DMAканалами, обычно с номерами 0 и 3. Первый канал служит исключительно для совместимости со старыми программами, а вторым пользуется сам процессор платы. В случае если к каналу DMA, которым пользуется звуковая плата, подключено еще какое-то устройство, возникает конфликт, компьютер может просто зависнуть. Помимо проверки настроек DMA следует убедиться, что акустическая система включена, а ее батарейки не разряжены. Откройте программу микшера и проверьте, что в нем указана достаточно высокая громкость звука. В Windows окно микшера вызывается двойным щелчком мыши по пиктограмме «Громкость», расположенной на панели задач. Проверить громкость можно и при помощи программы диагностики самой звуковой платы, которая попытается воспроизвести тестовый звуковой файл. Если у вас относительно дешевые колонки, может быть, они недостаточно хорошо усиливают сигнал. Попробуйте в этом случае подключить к звуковой плате бытовую стереосистему. Можно вообще обойтись без акустической системы — подключите к плате наушники. Далее проверьте кабель, ведущий от акустической системы к плате. Убедитесь, что это кабель для стереозвука. Если кабель проводит только моно, звук будет слишком тихим либо его не будет слышно вообще. Если звук воспроизводится, но с шумами, убедитесь, что звуковая плата не находится чересчур близко к жесткому диску или блоку питания. Сигнал, посылаемый платой на акустическую систему, является аналоговым, он подвержен воздействию помех в радиоспектре. Кроме того, отодвиньте колонки подальше от монитора — он тоже может быть причиной искажений звука, если колонки недостаточно экранированы. Иногда причиной некорректной работы звуковой платы является BIOS, особенно если BIOS работает с DMA-каналами не так, как того ожидает звуковая плата. Попробуйте изменить в настройках BIOS параметр DMA Timing — укажите более высокое, то есть медленное, значение. Обычно этот рецепт помогает. 42 §9. КАК КОМПЬЮТЕРЫ СТАНОВЯТСЯ МУЗЫКАЛЬНЫМИ Компьютер многолик и предрасположен к перевоплощению. Для того чтобы превратить его в печатную машинку, в партнера по играм, в кисть художника или в мощный калькулятор, достаточно просто установить соответствующую программу. Но вот роялем композитора и микшером звукорежиссера даже компьютеру стать непросто. Кроме нескольких программ, потребуется еще и специальное устройство — звуковая карта. Именно она делает компьютер музыкальным. П. 1. MIDI-СТАНДАРТ История массового применения компьютера в музыке началась более двадцати лет назад, когда по инициативе нескольких фирм был разработан стандартный интерфейс цифровых музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface, сокращенно — MIDI). Таким образом, оказались однозначно определены схемы соединения инструментов, структура сигналов и порядок обмена данными. Основная идея MIDI проста и гениальна: по проводам передается не сам звуковой сигнал, a закодированная в виде числа команда синтезатору: воспроизвести определенный звук. Это позволило значительно упростить управление синтезом звуков, а значит, удешевить аппаратуру. Новинка была оценена по достоинству. Наступила эпоха MIDI. Co временем был стандартизирован набор обязательных тембров — или, как еще говорят, патчей, звуков, MIDI-инструментов. Стандарт General MIDI (GM) требует, чтобы синтезатор был способен воспроизводить звучание в общей сложности 128-ми мелодических инструментов (рояля, гитары, скрипки и т. д.) и наборов ударных. Вскоре фирма Roland своим примером фактически заставила остальных изготовителей принять ее стандарт. Звуковые карты и синтезаторы стандарта Roland GS поддерживают несколько банков тембров и два звуковых эффекта (реверберацию и хорус). Большими потенциальными возможностями обладают звуковые карты, соответствующие стандарту Yamaha XG. В них предусмотрено расширенное управление параметрами синтеза звука, а кроме реверберации и хоруса имеется третий эффект — вариация. Итак, команды синтезатору передаются с помощью интерфейса MIDI. Реагируя на команду, синтезатор должен сформировать звук с определенной высотой тона и необходимым тембром. Существует несколько методов синтеза звука. П. 2. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ЗВУКА WT (WaveTable - таблица волн) - воспроизведение заранее записанных в цифровом виде звучаний - сэмплов (samples). Инструменты с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая "средняя" часть, которая затем проигрывается в цикле в течение нужного времени. Для изменения высоты звука оцифровка проигрывается с разной скоростью, а чтобы при этом сильно не изменялся характер звучания – инструменты составляются из нескольких фрагментов для разных диапазонов нот. В сложных синтезаторах используется параллельное проигрывание нескольких сэмплов на одну ноту и дополнительная обработка звука (модуляция, фильтрование, различные "оживляющие" эффекты и т.п.). Большинство плат содержит встроенный набор инструментов в ПЗУ, некоторые платы позволяют дополнительно загружать собственные инструменты в ОЗУ, а платы семейства GUS (кроме GUS PnP) содержат только ОЗУ и набор стандартных инструментов на диске. Достоинства метода – предельная реалистичность звучания классических инструментов и простота получения звука. 43 Недостатки: наличие жесткого набора заранее подготовленных тембров, многие параметры которых нельзя изменять в реальном времени, большие объемы памяти для сэмплов (иногда – до мегабайт на инструмент), различия в звучаниях разных синтезаторов из-за разных наборов стандартных инструментов. В большинстве музыкальных плат, для которых заявлен метод синтеза WT, в том числе - наиболее популярных семейств GUS и AWE32, на самом деле реализован более старый и простой "сэмплеpный" метод, поскольку звук в них формируется из непрерывных во времени сэмплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только средняя часть может быть произвольной длительности. В "настоящем" WT звук формируется как из параллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее разнообразие, а главное – выразительность звуков. FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) – синтез при помощи нескольких генераторов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генератор снабжается схемой управления частотой и амплитудой сигнала и образует "оператор" – базовую единицу синтеза. Чаще всего в звуковых картах применяется 2-опеpатоpный (OPL2) синтез и иногда - 4-опеpатоpный (OPL3) (хотя большинство карт поддерживает режим OPL3, стандартное программное обеспечение для совместимости программирует их в режиме OPL2). Схема соединения операторов (алгоритм) и параметры каждого оператора (частота, амплитуда и закон их изменения во времени) определяет тембр звучания; количество операторов и степень тонкости управления ими определяет предельное количество синтезируемых тембров. Достоинства метода: отсутствие заранее записанных звуков и памяти для них, большое разнообразие получаемых звучаний, повторяемость тембров на различных картах с совместимыми синтезаторами. Hедостатки: очень малое количество "благозвучных" тембров во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоритма для их поиска, крайне грубая имитация звучания реальных инструментов, сложность реализации тонкого управления операторами, из-за чего в звуковых картах используется сильно упрощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. П. 3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МУЗЫКАЛЬНЫХ СИНТЕЗАТОРОВ В музыкальном творчестве можно применять звуковые карты, прототипом которых является синтезатор, построенный на основе волновых таблиц (Wave Table). Принцип действия таких синтезаторов заключается в следующем. В памяти хранятся оцифрованные образцы звуков музыкального инструмента (причем не всех HOT, а лишь некоторых) — сэмплы. К тому же каждый звук разделен на фазы — например: атака, спад, поддержка, затухание; каждая фаза представлена коротким фрагментом. Сделано это для уменьшения объема памяти. В состав синтезатора входит осциллятор — устройство, которое способно собрать из фрагментов цельный звук и воспроизвести его с необходимой скоростью (а значит, и высотой). Далее сигнал пропускают через модуляторы (получая вибрацию), фильтры (формируя необходимую тембровую окраску) и эффект-процессор. В заключении цифровой поток проходит цифро-аналоговый преобразователь синтезатора. После этого мы слышим синтезированный звук. 44 Качество синтеза во многом зависит от способа сжатия реального звука в сэмпл. Сэмплы могут храниться либо в постоянном запоминающем устройстве, либо в оперативной памяти. Во втором случае синтезатор обладает большей гибкостью в отношении смены тембров: ведь звуки можно подгружать в оперативную память с дисков. Приобрести диски с банками звуков сейчас не составляет никакого труда. На основе хранящихся в памяти сэмплов вы можете создавать новые и необычные звуки. Можно, например, у звука фортепиано увеличить время атаки — и это будет не маленькое пианино, а большая-пребольшая скрипка. Даже простейший GM-синтезатор позволяет «рулить» несколькими параметрами синтеза. Для этого могут использоваться и органы управления, расположенные на MIDI-клавиатуре, и виртуальные панели, входящие в состав наиболее продвинутых MIDI-редакторов. В составе лучших звуковых редакторов имеются средства для формирования основы сэмплов из любых звуков. Запишите, например, мяуканье своей любимой кошки и с помощью звукового редактора Cool Edit Pro вырежьте из фонограммы и разметьте будущий сэмпл. Затем с помощью программы Vienna SoundFont Studio сделайте раскладку сэмпла по клавиатуре. После этого можете, нажимая на клавиши, мяукать сколько вам угодно в любой тональности. Хотите — сочиняйте свой концерт для кошки с оркестром, хотите — переосмысливайте классику. П. 4. ЗВУК — ЦИФРА, ЦИФРА — ЗВУК Синтезатор и интерфейс MIDI — это два из трех китов, на которых держится работа звуковой карты. Третий кит — цифро-аналоговый – и аналого-цифровой преобразователи (сокращено ЦАП-АЦП). Звук – процесс непрерывный, или аналоговый. А компьютер понимает только язык цифр. Для того чтобы записать с микрофона в память компьютера, необходимо предварительно преобразовать его в цифровую форму. После этого с помощью специальных программ – звуковых редакторов – с оцифрованным звуком можно делать все что угодно. Завершить обработку, цифры нужно вновь преобразовать в звук. Качество преобразования звука в цифры и обратно зависит в первую очередь от разрядности представления данных и частоты оцифровки звука (иногда говорят — частоты сэмплирования). На CD-аудио оцифрованный звук представлен шестнадцатью двоичными разрядами при частоте сэмплирования 44,1 кГц. Такие параметры обеспечиваются практически всеми звуковыми картами. Прислушайтесь к совету: учите теоремы. Никогда заранее не знаешь, где в жизни они могут пригодиться. Например, в цифровой звукозаписи без них не обойтись. Основная теорема, которую обязан знать каждый, кто имеет дело с ЦАП-АЦП, гласит: чтобы в процессе преобразований не происходило потерь информации, частота оцифровки звука должна быть в два раза больше частоты высшей спектральной составляющей сигнала. Эта теорема называется просто: «теорема Котельникова». Еще в 1933 г. В. А. Котельников (которому сейчас 95 лет), теоретически обосновал возможность цифровой звукозаписи, что положило начало такому популярному изобретению, как компакт-диск. Позже им было создано новое направление в исследовании космоса — планетная радиолокация. В наши дни существуют звуковые редакторы, в которых реализованы методы обработки сигналов, впервые опробованные как раз во время радиолокационных исследований поверхности Венеры. Некоторые звуковые карты и все современные звуковые редакторы способны работать с 24- и даже 32-битным звуком при частоте сэмплирования до 96 кГц. Столь высокую точность представления данных нельзя считать излишней: она позволяет избежать накопления ошибок вычислений при многократном выполнении сложных алгоритмов обработки звука. 45 АЦП и ЦАП нужны не только для записи звука от внешнего источника и его воспроизведения. В качестве аппаратной составляющей они могут использоваться виртуальных синтезаторах современные компьютеры дают столь высоким быстродействием, что на них можно программным путем синтез звук. Конечно, при этом на само деле получается последовательность чисел, которую еще преобразовать в вид, пригодный для наших ушей. А это прямая задача ЦАП. П. 5. СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ И КАЧЕСТВО ЗВУКА Как уже говорилось, битрейт 128 Кбит/с вполне подходит, если иметь в виду его использование на рядовой аудиотехнике человеку с обычным слухом. Тем не менее, даже переносные высококлассные плеере (например, «Kenwood») со встроенным усилением басов и снабженные хорошими наушниками позволяют почувствовать отсутствие низких и высоких частот. И если первые слышны (или не слышны) непосредственно, то высокие частоты отвечают за такую эфемерную характеристику, как 'прозрачность" звучания, которая, тем не менее, воспринимается довольно большим количеством людей. Поэтому, чтобы быть уверенным в хорошем качестве, лучше кодировать с битрейтом в 160 Кбит/с, a если хотите быть совсем уверенны в том, что ваша музыка ничего не потеряет от кодирования, то выбирайте 192 Кбита/с (степень сжатия — 1:7). Правда, на сегодняшний день все же самым популярным остается битрейт 128 Кбит/с со степенно сжатия 11:1. Bсе вышесказанное относится к счастливым обладателям качественных переносных МРЗ-плееров и тех любителей, которые используют для прослушивания музыки отнюдь не рядовые компьютерные колонки. На обычной же аппаратуре, например, используя обычную звуковую карту, и компьютерные колонки, пусть и неплохого качества, вы вряд ли услышите урезание высших и низших частот и некоторые искажения звука. Приведем некоторые типичные данные для кодирования данных в формате MPEG Layer-3: Качество звука Ширина полосы Режим частот Битрейт Кбит/с Телефон КВ- радио АМ- радио FM- радио Почти CD CD 2,5 кГц 4,5 кГц 7,5 кГц 11 кГц 15 кГц >15 кГц 8 16 32 56.64 96 112..128 моно моно моно стерео стерео стерео Отношение размера файла по сравнению с прямым кодированием 96:1 48:1 24:1 26..24:1 16:1 14..12:1 П. 6. СПОСОБЫ КОДИРОВАНИЯ СТЕРЕОСИГНАЛА В рамках МРЗ кодирование стереосигнала может производиться методами Dual Channel и Stereo. При кодировании методом Dual Channel каждый канал получает ровно половину потока и кодируется отдельно как моносигнал. Рекомендуется главным образом в случаях, когда разные каналы содержат принципиально разный сигнал — скажем, текст на разных языках. При кодировании методом Stereo каждый канал кодируется отдельно, но кодер может принять решение отдать одному каналу больше места, чем другому. Это может быть полезно в том, случае, когда после отброса части сигнала, лежащей ниже порога 46 слышимости или полностью маскируемой, оказалось, что код не полностью заполняет выделенный для данного канала объем, и кодер имеет возможность использовать это место для кодирования другого канала. Этим, например, избегается кодирование «тишины» в одном канале, когда в другом есть сигнал. Данный режим выставлен по умолчанию большинстве программ-кодеров, Это позволяет несколько увеличить качество кодирования в обычной ситуации, когда каналы по фазе совпадают, но приводит и к резкому его ухудшению, если кодируются сигналы, no фазе не совпадающие. В частности, фазовый сдвиг практически всегда присутствует в записях, оцифрованных с аудиокассет, но встречаются и на CD, особенно если CD сам был записан в свое время с аудиоленты. При кодировании полноценных звуковых CD этой проблемы не возникает. П. 7. ЗВУК В «ЦИФРУ» Со времени Эдисона звук массовой аппаратуре записывался и воспроизводился в аналоговой форме. Решающий шаг к нынешнему музыкальному изобилию был сделан в начале восемнадцатых годов прошлого века, когда компании Sony и Philips представили публике новый цифровой формат звукописи. Новинку назвали CD (compact disk) – небольшой диск из прозрачного пластика с тонким слоем алюминия, на котором гладкие участки чередовались с вогнутыми. Таким способом на диск записывались нули и единицы, которые затем считывались лазерным лучом и регистрировались фотоэлементом. Новый формат стал по-настоящему революционным. Компакт диски гораздо меньше прежних виниловых пластинок, дешевле, а главное с их помощью была решена основная проблема аналоговой музыки: радикально уменьшились шумы. Кроме того, цифровой звук совершенно не портится при воспроизведение записей: диск можно запускать хоть тысячу раз. Достоинства компакт-диска позволили ему уже к началу 1990-х вытеснить с рынка виниловые пластинки и существенно подвинуть магнитные кассеты. Разумеется, вместе с компакт диском лидером на рынке стал и цифровой звук П. 8. SOUND BLASTER В то же время распространялись персональные компьютеры. Поначалу они были очень дорогими и комплектировались только маленьким внутренним динамиком-PCSpecer’om, звук которого напоминал переносную рацию. Но цены на компьютер постепенно снижались, а возможность работы со звуком могли обеспечить различные платы расширения. Первая аудио-карта для персоналки, которая записывалась и воспроизводила цифровой звук, была выпущена в 1989 г. Сингапурской фирмой Creative Labs. Карта называлась Sound Blaster, и именно с нее начался триумф звука на ПК. Creative выпускала новые модели почти ежегодно, и уже в 1993г. в любой компьютер можно было установить аудио-карту, способную воспроизводить стереозвук такого же качества, что и на компакт-дисках. Естественно, производить звуковые карты стало множество фирм. П. 9. CD- ROM Как раз к середине 1990-х годов в компьютерах появились CD-ROM’ы – приводы для компакт-дисков. Эти приводы могли воспроизводить музыкальные компакт диски, 47 как на обычном CD-плеере. Слушать цифровой звук можно было через наушники или обычные колонки. Сейчас- то этим никого не удивишь, но году в 94-м такие компьютеры гордо назывались «мультимедийными» ими гордились. П. 10. ХРАНИТЬ ВЕЧНО! Компания Sony справедливо утверждала, что переход от аналоговой музыки к цифровой – это прорыв. Цифровой формат решил проблему долговременного хранения музыки без потери качества. Как бы старательно мы ни оберегали виниловые пластинки или магнитные ленты, сам их материал неизбежно стареет, поэтому качество звука, намертво привязанное к характеристикам носителя, необратимо ухудшается оно при воспроизведении аналогового звука: магнитная лента хоть немного, но стирается о головку магнитофона, дорожки пластинки повреждаются иглой звуконосителя. С каждым новым проигрыванием запись звучит немного хуже. Лазерный диск выглядит на этом фоне почти бессмертным. Во-первых, он не изнашивается, когда его дорожки освещается лучом лазера; впрочем, виниловые пластинки тоже можно проигрывать, не прикасаясь к ним, на специальном лазерном проигрывателе. Во- вторых, и это главное, музыка на компакт диске в некотором смысле не связана с его носителем. То есть связь, конечно, есть: например, если диск сильно поцарапан, то запись на поврежденном месте воспроизводиться не будет. Возьмем лист бумаги на одной его половине напечатаем фотографию, а на другой - столбик цифр. Затем поместим бумагу в воду, а потом вынем и рассмотрим. Ухудшится ли после такого испытания наша фотография? Разумеется, да: пусть немного, но она необратимо потеряет часть своей информации. А потеряют ли информацию столбики цифр? Если бумага не растворится в воде, мы по-прежнему сможем прочесть на ней те же самые цифры. Допустим, четверка останется четверкой: даже намокнув, она не станет ни тройкой, ни пятеркой. И, если понадобиться, мы можем без малейших потерь скопировать ее на новый лист бумаги. Так вот, с цифровой музыкой дело обстоит точно также! После перевода в цифровой вид она может быть записана на множество самых различных носителей, но звучать будет все равно одинаково. До определенного предела воздействие на его носитель не оказывает абсолютно никакого влияния на содержание записи. Носители со временем изнашиваются, но числа всегда остаются числами. Может быть, не зря греческие математики считали числа совершенными объектами, неподвластными потоку времени? Неудивительно, что цифровая музыка, как и любая оцифрованная, может храниться вечно, оставаясь неизменной. Для аналоговой музыки такое постоянство невозможно даже теоретически. 48 §10. КАКОЙ ФОРМАТ СЖАТИЯ МУЗЫКИ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЕЕ Наверное, все люди на свете слушают музыку. Какую – это уже другой вопрос, но то, что жизнь без музыки довольно скучна и невыразительна, абсолютно точно. Наслаждаться полифонией тоже можно по-разному - кому-то хватает качества обычной кассеты с магнитной пленкой, другие не признают уровня ниже цифрового аудиоCD, а некоторым вообще достаточно радиовещания. С тех пор, как Томас Эдисон в 1877 г. изобрел фонограф, утекло немало воды. С годами качество записи музыки все улучшалось, на смену граммофонным пластинкам пришли кассеты, за ними появились CD, которые сейчас и являются стандартом качественного звука. Конечно же, звукозапись не могла в своем развитии пройти мимо компьютерных технологий. С появлением мощных процессоров, хороших аудиокарт и возможности создания всяких немыслимых эффектов с помощью соответствующих программ многие музыканты сообразили, что даже частичная обработка звука на компьютере - весьма привлекательная и удобная вещь. Сейчас редкая звукозаписывающая студия обходится без компьютерного оборудования. С появлением в 80-х годах формата MIDI многие люди (не обязательно музыканты) почувствовали в себе интерес и силы написать что-то свое, т. к. это было довольно просто, а главное, не требовало мощного компьютера и больших объемов от жесткого диска. Были и другие форматы музыкальных файлов, но при своем маленьком размере они не могли передать оригинального качества музыки. Аудио-CD уже вовсю распространились, и их можно было перезаписывать на винчестер в формате WAV. Качество при этом практически не отличалось от CD, да и программы, записывающие аудиодиски, до последнего времени работали в основном с файлами этого расширения, так что музыкантам-любителям или разработчикам игрушек приходилось иметь дело именно с этим форматом. Всем Wav-файлы хороши, кроме огромного размера – минута звучания с CDкачеством занимает 10 Мбайт, поэтому, конечно, переписывать понравившийся CD на винчестер было весьма накладно. Люди мирились с этим до поры до времени, пока наконец не изобрели стандарты сжатия файлов с приемлемым качеством. Так появился ныне очень популярный формат MP3 (Mpeg Layer 3). Развитие технологий сжатия началось давно, но только 3-й алгоритм сжатия смог обеспечить необходимое качество звука, чтобы удовлетворить большинство слушателей. Сейчас аудио-CD можно записывать из файлов MP3, продаются миниатюрные плейеры, проигрывающие эти файлы, а количество музыки этого формата в Internet просто огромно. При этом MP3, придуманный уже несколько лет назад, считается сейчас самым продвинутым стандартом сжатия, в то время как работы в этой области не стоят на месте. Несомненным конкурентом MP3 является менее распространенный и соответственно менее известный формат VQF, который при меньших размерах обеспечивает сравнимое, если не лучшее качество звука. Формат Mpeg Layer 3 нашел свое применение и в играх, так как в случае его использования можно сжать и речь, и музыку в 10-12 раз по сравнению с WAV или треками в формате CD-аудио при сходном качестве, которое в играх к тому же не так критично, как при прослушивании музыки. П.1. НЕМНОГО ИСТОРИИ MP3 Все началось с того, что жила-была группа людей, которая занималась проблемами сжатия видео и аудио. Назывались эти люди «Moving Picture Expert group», или MPEG. В общем, занимались они спокойно и никого не трогали. По-настоящему все началось, когда германская фирма Fraunhofer (институт информационных технологий имени Фраунхофера) в 1996 г. немного «поколдовала» и на свет появился формат, названый MPEG Layer3, то есть MP3. Этот формат 49 позволял сжимать аудиопоток с CD-качеством в 6-8 раз практически без заметных потерей качества звучания. Первоначально новый стандарт предполагалось использовать в аудиоконференциях, но потом очень многие сообразили, что возможности его куда шире. В момент появления Mpeg Layer 3 существовал разработанный тем же институтом примитивный проигрыватель файлов этого формата, который стоил две сотни долларов, однако ситуация в корне изменилась, когда новый стандарт сжатия был сертифицирован и получил официальную регистрацию. Производством проигрывателей и кодеров стали заниматься все кому не лень, так же, как и плодить файлы MP3. К 1998 г. проигрыватели и кодеры вышли уже на приличный уровень и в Internet стали появляться большие архивы самой различной музыки. Затем - специальные поисковые серверы, и с этого момента в Глобальной сети можно было найти практически любую песню. Всем этим, конечно, был нанесен большой урон студиям звукозаписи, однако те поделать уже ничего не могли. Некоторые люди оцифровывают только появившиеся новые альбомы целиком и выкладывают их на свои сайты, а с распространением MP3-плейеров, которые по качеству звука, несомненно, лучше кассетников, вообще не остается сомнений в популярности и всеобщем признании этого формата. Одним из полезных качеств MP3-формата является то, что пользователь может произвольно задавать степень сжатия, задавая ту или иную ширину потока (bitrate) при кодировании. Самый большой битрейт, который можно задать – 320kbs (килобит в секунду). Самый маленький, с которым мне приходилось сталкиваться – 54kbs. Минимально возможный – 8kbs. Соответственно, от битрейта зависит и качество – чем больше степень сжатия (чем меньше битрейт), тем больше «ненужных» звуков выкидывается и тем хуже полученное качество звука. Грубо говоря: чем больше bitrate, тем выше качество, но тем выше и размер MP3-файла. Вообще, качество и оптимальный битрейт – разговор особый. Так, для Интернета в качестве стандарта де-факто принято кодирование с шириной потока 128kbs. Именно эта цифра была выбрана потому, что разницу между 112kbs и 128kbs очень легко заметить «невооруженным ухом», а вот между 128kbs и 140kbs уже значительно сложнее, но при 140kbs размер файла получается больше. Были проведены тесты, на которых специально приглашенные эксперты не смогли различить «на слух» разницу между звучанием CD и МР3-файла, закодированного с битрейтом 256kbs. 128kbs же примерно соответствует очень хорошей кассетной записи. Хотелось бы обратить ваше внимание на следующий факт: «качество» MP3 и качество, например, магнитофонной записи – вещи абсолютно разные! Если вы кодируете с низким битрейтом, у вас получается низкое качество, однако это отнюдь не означает, что в записи появятся потрескивания, щелчки, посторонние шумы или нечто подобное. Нет! Просто компьютер будет отбрасывать больше «ненужных» звуков – будут теряться нюансы звучания, различные «тонкости» и «изюминки». Но ничего лишнего появляться не будет. П. 2. СТАНДАРТ VQF Стандарт был разработан компанией Yamaha примерно на год позже появления Mpeg Layer 3. Собственно, алгоритм сжатия называется TwinVQ, и надо сказать, что он получился более качественным, нежели любимый всеми Mpeg Layer 3. Беда его в том, что проигрыватели файлов, сжатых по этому стандарту, появились уже в то время, когда в Internet были тысячи MP3-файлов, и поколебать незыблемость широко распространившегося формата было достаточно трудно. Стандарт этот, кстати, довольно сильно ориентирован на прослушивание музыки напрямую из Internet, наподобие RealAudio. Сейчас, несмотря на то, что сайтов, посвященных VQF, еще мало, формат потихоньку распро50 страняется по Сети, и уже довольно часто можно встретить в музыкальных архивах файлы, сжатые по технологии TwinVQ. Так что, возможно, через годик-другой VQF и потеснит MP3, ведь на то есть достаточно причин, которые мы и рассмотрим далее. П. 3. ОСОБЕННОСТИ ФОРМАТОВ Начнем с полюбившегося всем Mpeg Layer 3. В алгоритме сжатия здесь в основном применяется обрезание маскированных частот (проще говоря, звуков такой частоты, которую человеческое ухо не улавливает или улавливает, но плохо), резервируется информация, по которой потом восстанавливаются высокие частоты и т. д. За счет вышеперечисленных вещей, а также специальных алгоритмов компрессии и достигается сжатие оригинального файла в 10-12 раз. При этом результирующий звук считается на уровне качества аудио-CD, и ему соответствует битрейт в 112-128 Кбит/с. Это самое CDкачество весьма относительно, т. к., несмотря на компрессию звука с частотой в 44 кГц, что соответствует стандартному аудио-CD, недостатки и искажения верхних частот заметны большинству людей. Конечно, свой отпечаток наносит используемая программакодер (так, например, кодер Xing жмет очень быстро, но обрезает все частоты выше 16 кГц, а то и еще раньше). А всем, наверное, из школьного курса физики известно, что среднестатистический человек слышит звуки до 20 кГц, так что ощущаются искажения на высоких звуках (появляются, в частности, паразитные звуки, напоминающие звучание тарелок). Сказывается и режим, в котором композиция списывалась на винчестер - цифровой или аналоговый. Рекомендуется писать в цифровом - выигрыш в качестве в этом случае довольно заметный, особенно если у вас неважная аудиокарта. При этом не стоит забывать, что большинство старых CD-ROM не поддерживают режима цифрового "выдирания" треков, а если и поддерживают его, так весьма отвратно. Кодирование с битрейтом меньше 112 Кбит/с отличается резким падением качества и довольно неприятным звучанием. В целом оно еще похоже на кассетный звук, но искажения, несомненно, больше. Большинство легальных записей предлагается как раз в качестве типа 22 кГц, 6496 Кбит/с в расчете на то, что основное-то можно разобрать, а хочется хорошего качества - покупай оригинальный CD. Или же, по авторским правам, пишется с CD-качеством (44 кГц, 128 Кбит/с), но не более минуты. Нелегальные файлы кто-то кодирует на 160, 192 и более Кбит/с, звук получается, конечно, лучше, но и размер соответственно увеличивается. MP3 с CD-качеством занимает примерно столько же места в Мбайт, сколько минут и звучит (для тех, кто не понял - песенка в 5 мин займет 5 Мбайт). Первоначально существовало заблуждение, что даже для проигрывания VQFфайлов необходим очень мощный компьютер, т. к. разрабатывался этот формат для использования на мощных машинах. Несмотря на то, что последнее утверждение - чистая правда, требования для прослушивания VQF-файлов точно такие же, как и для MP3, и процессор при проигрывании загружается или чуть меньше, или чуть больше - процентов на 10, в зависимости от проигрывателя (о которых попозже). А вот что касается кодировки - тут MP3 впереди на лихом коне. Единственный широко доступный кодер для создания VQF-файлов, разработанный все той же Yamaha, жмет еще раза в два медленнее, чем Fraunhofer для MP3. И это даже на сравнительно мощных процессорах (Pentium II 350). Но, как я уже сказал ранее, за все надо платить. В данном случае это того стоит. Да, файлы VQF не так широко распространены, но уже сейчас в Internet есть тысячи файлов в этом формате, так что в скором времени они, помоему, начнут теснить MP3. 51 П. 4. ПРОИГРЫВАТЕЛИ МУЗЫКАЛЬНЫХ ФАЙЛОВ Самый лучший на сегодняшний день проигрыватель файлов MP3, и не только их, Winamp. Кроме отличной поддержки Mpeg Layer 3, он также играет файлы WAV, MOD, MID, WMA, MP1, MP2, VOC, XM, IT, аудио-CD и множество других форматов, что делает его очень универсальным и, следовательно, удобным. К Winamp есть также маленький рlug-in для проигрывания VQF-файлов. Работает он не очень здорово, но в целом со своими функциями справляется. Кроме того, многие слушатели, знакомые с этим проигрывателем, наверняка знают, что внешний вид Winamp можно менять посредством так называемых "шкурок" (skins), количество которых на сайте разработчиков проигрывателя превышает 1000 штук. Для создания своих интерфейсов можно раздобыть соответствующий SDK, так что при желании можете нарисовать что-нибудь свое. Надо сказать, что встречаются очень приятные "шкурки", которые куда как больше радуют глаз, чем стандартная серенькая панелька с невыразительными кнопками. Кроме того, очень приятен тот факт, что Winamp стал совершенно бесплатным, а это воистину королевский подарок всем любителям прослушивать файлы MP3 и все такое прочее. Другой не менее мощный и приятный во всех отношениях проигрыватель называется Sonique. Он поддерживает не так много форматов файлов, но то, что поддерживает, играет очень здорово. Декодер действительно очень быстрый, присутствуют, как и в Winamp, визуализация, plug-ins, "шкурки", поддержка нового стандарта WMA ну и, конечно, проигрыватель - тоже бесплатный. Единственное, что надо сделать, - зарегистрироваться на сайте разработчика, что, по-моему, не так уж много за отличный проигрыватель. К интересным особенностям Sonique стоит отнести 20-полосный эквалайзер, который, правда, в отличие от Winamp не позволяет менять отдельно значение каждого ползунка, а двигает по параболе и соседние. Несмотря на указанный недостаток, такой эквалайзер позволяет более точно подстроить звук под ваши предпочтения, да и отсчет времени ведется в сотых долях секунды. Есть возможность, кроме, конечно, настройки громкости обычной кнопкой Volume, регулировать звук и по выходной мощности декодера, менять темп проигрывания звука и другие интересные особенности. По-хорошему, этот проигрыватель вправе делить первое место с Winamp, и, возможно, он занимал бы его единолично, если бы вышел раньше, а так, к несчастью, большинство ставят его на почетную вторую позицию. 52 Совсем неплохой проигрыватель - Xing MP3 Player - сделала одноименная компания. Она поставляет его со своим CD-ripper - кодером Audiocatalyst 2.0. Обе эти программы взаимосвязаны, и из одной легко перейти в другую. Проигрыватель довольно простой, но приятный на вид. Использует он, конечно, декодер собственного изготовления, хотя поддерживает и другие. Стандартные опции и ничего лишнего типа визуализации. Кроме того, программа эта далеко не бесплатная, так что не думаю, что кто-то отдаст ей предпочтение на фоне всего вышесказанного о других player. Еще один более или менее известный проигрыватель называется Winjey. Создается такое впечатление, что большей своей частью он содран с Winamp'а, как в плане возможностей, так и интерфейса. Поддерживает plug-ins и "шкурки" от вышеупомянутого проигрывателя и не способен похвастаться чем-либо уникальным. На этом хорошие и солидные проигрыватели, ориентированные в основном на MP3-файлы, заканчиваются. На заре становления формата был популярен проигрыватель NAD, однако он довольно быстро отдал концы, не выдержав конкуренции с Winamp, хотя поначалу был более перспективным. Сейчас еще можно найти на основных сайтах, посвященных MP3, версию типа 0.92, но на фоне вышеперечисленных двух первых гигантов она совершенно не смотрится. Существуют, конечно, и другие проигрыватели, но они или не столь популярны, или ориентированы в первую очередь на VQF-файлы, или, по крайней мере, преподносятся таким образом. Вот о таких проигрывателях формата-конкурента дальше и пойдет речь. Начать надо, пожалуй, с вездесущей компании Yamaha, которая и тут не осталась в стороне. Хотя на самом деле, выпустив уникальный кодер с красивой и удобной оболочкой (последняя версия 2.54eb4), она могла бы успокоиться и не пугать людей такой свирепой штукой, как проигрыватель собственного изготовления, который называется YAMAHA SoundVQ Player. Данному изделию есть альтернативы, в частности проигрыватель нашего (в смысле российского) производства под названием VSSPlayer Revolution. Он поддерживает "шкурки", с проигрывателем поставляется SDK для их изготовления, а также имеется несколькоязыковой интерфейс. Проигрыватель не может пролистывать VQF-файл и использует Yamaha'вскую библиотеку для декодирования. Программа не бесплатная, но для жителей бывшего СССР автор любезно предлагает ее всего за 70 53 рублей. Кроме VQF-файлов, проигрываются также MP3, WAV и др., причем их звучание, в отличие от первого, можно настраивать эквалайзером. K-jofol - самый лучший проигрыватель VQF, а заодно MP3 и AAC-файлов. Он поддерживает рlug-ins, "шкурки" и кучу других настроек. Мало того, он даже худобедно умеет передвигаться по VQF-файлу, правда, делает это весьма медленно. Также им поддерживается ускорение или замедление скорости проигрывания, о чем остальные проигрыватели файлов формата TwinVQ и мечтать не могут. "Шкурки" используются от Winamp. MР3, 128 Кбит/с, 44 кГц Blade Encoder 5,07 5:44 MР3, 128 Кбит/с, 44 кГц Xing Encoder 5,07 0:55 MР3, 128 Кбит/с, 44 кГц FHS L3Codec 5,06 2:06 MР3, 64 Кбит/с, 22 кГц Xing Encoder 2,53 0:51 VQF YAMAHA SoundVQ Encoder 80 Кбит/с, 44 кГц 3,17 12:18 VQF YAMAHA SoundVQ Encoder 96 Кбит/с, 44 кГц 3,8 11:58 VQF YAMAHA SoundVQ 2,53 8:13 П. 5. СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ТРЕХМЕРНОЕ АУДИО? Игра или музыкальная программа должна явно поддерживать трехмерное звучание. Мультимедийные драйверы Microsoft I DirectX (которые входят в состав операционной системы Windows, начиная с версии Win98) дают возможность работать с трехмерным звуком, однако их функции значительно ограничены по сравнению с теми стандартами, которые разработали сами производители звуковых карт. Стандарт от Creative под названием ЕАХ пока что является эксклюзивным — конкуренты им пользоваться не могут, а вот стандарт A3D от компании Aureal поддерживает целая группа, которая неофициально известна, как «все, кроме Creative»! Третий стандарт разработан английской компанией Sensaura, это подразделение компании EMI, которая была изобретателем стереозвука, кстати, сказать. Стандарт Seasaura обещает быть замечательным, но, по крайней мере, первое время, более дорогим, чем остальные. САМОЕ ГЛАВНОЕ, ЧТО ВАМ СЛЕДУЕТ ЗНАТЬ О ТРЕХМЕРНОМ АУДИО, это то, что оно не может сделать трехмерными записанные музыкальные дорожки, будь то в формате МРЗ или Audio CD. Однако есть аудио-файлы, в частности, звуковые дорожки для DVD-фильмов, которые используют пространственный звук. Этот звук выводится при помощи акустических систем стандарта Dolby Digital, они сейчас широко распространены (подробнее об этом — чуть ниже). Но даже цифровые звуковые 54 дорожки не могут напрямую воспользоваться возможностями звуковой карты в области SD-звука. Так для чего же нужны стандарты трехмерного звука? Они позволяют создавать звуковое окружение, которое соответствует отображаемому на экране трехмерному миру. Например, в компьютерной игре нарисованы деревья с колышущейся на ветру листвой. Вы проходите, справа от дерева и, естественно, хотите услышать справа от себя шум ветра в листьях. Или, если вы летите в самолете, и в правый двигатель попала ракета, вы хотите услышать звук взрыва именно справа от себя. Более того, алгоритмы SD-звука создают дополнительные эффекты, например, выдавать скрипучие звуки, словно идущие от всего фюзеляжа самолета. 55 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Звук играет большую роль в нашем мире, не малую роль и играет в компьютерном мире. И наука не стоит на месте. В связи с этим звук развивается и совершенствуется. Если бы мы не стали изучать звук, то не узнали бы многих столь незначительных, но полезных вещей. И так много нам ещё не известно о звуке… 56 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. А.П. Алексеев Информатика 2003 2. Леонтьев. В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. – М.: ОЛМАПРЕСС Образование, 2004 57 Это необходимо знать > «Оркестровый звук» может на самом деле представлять собой несколько дюжин отдельных звуков, играющих в гармоничной полифонии. Если игры, в которые вы играете, и программы, которыми пользуетесь, способны производить звук, соответствующий тому, что происходит на экране, вам, возможно, стоит приобрести карту со 100-голосовой полифонией, не меньше. > Трехмерный звук существует, но только вы сами должны оценить все его прелести в той или иной компьютерной игре или программе (кого я пытаюсь одурачить? какие еще другие программы?), которая способна с ним работать. > Если вы собираетесь купить дорогую акустическую систему, прежде всего убедитесь, что ваша звуковая карта способна выдать кристально чистый звук, достойный того, чтобы быть воспроизведенным такой системой. > Прелести трехмерного звука можно оценить в полной мере только при использовании качественной акустической системы, как минимум состоящей из трех динамиков. > Основными параметрами звуковой карты являются голоса, полифония и тембральность. 58