...
...

Компьютерный звук

Введение

Пролистав подшивку нашей газеты за последние год-другой, я обратил внимание на практически полное отсутствие материалов, освещающих тему звуковых плат для персональных компьютеров. Это обстоятельство меня несколько удивило, так как трехмерный звук в современных играх играет практически такую же важную роль, как трехмерное видео. Период "детства" компьютерного звука тоже уже давно остался в прошлом. Развитие техники воспроизведения музыки в наше время дошло уже до стадии, когда 50-долларовая звуковая карта вполне может составить конкуренцию по качеству звучания стационарному Hi-Fi-CD-проигрывателю, стоящему на порядок большую сумму. А если вспомнить о "всеядности" компьютера в части форматов звуковых и видеофайлов, то персональный компьютер, оборудованный хорошей звуковой картой, вполне может стать центром вашей аудио- и видеосистемы. Начать свое повествование о компьютерном звуке я решил с одной из самых древних его реализаций, благополучно дожившей до наших дней в виде интегрированного в материнские платы AC'97-звука. Звуковые карты AC'97 широко распространились по всему миру — эта их массированная экспансия чуть было не уничтожила полноценные звуковые решения как класс. Если вы не приобретали отдельно от компьютера какой-либо звуковой карты, скорее всего, вы тоже пользуетесь функциями этого устройства.

Выпуск первый.
Интегрированный AC'97-звук


Интегрированный AC'97-звук ведет свою родословную от нехитрого устройства, о котором многие пользователи компьютеров уже давным-давно забыли. Называлось это устройство Covox и представляло собой несложный цифроаналоговый преобразователь, подключавшийся к порту принтера. В своем самом простейшем варианте карты Covox были очень популярны в начале 90-х годов прошлого века на территории бывшего СССР и даже получили у владельцев ехидно-ласковое прозвище "Совокс". Для того, чтобы самостоятельно изготовить такую звуковую карту, достаточно было припаять на разъем порта принтера 8 резисторов, сопротивление которых равнялось степеням двойки. Затем подключаете получившуюся конструкцию к внешнему усилителю с помощью куска экранированного провода — и можете начинать наслаждаться воплями противников и выстрелами, например, в игре Wolf3D. Всю работу по преобразованию разных форматов звуковых файлов и передачи 8-битного звука в порт принтера совершал центральный процессор компьютера. Конструкция была популярна не только в СССР — очень много игр во всем мире выходило с ее поддержкой. Звуковых карт в современном понимании этого термина тогда еще не существовало, и Covox составлял сильную конкуренцию PC Speaker. На закате своей популярности Covox даже выпускался в виде 8-битной ISA печатной платы. У меня в коробке, специально предназначенной для подобных музейных экспонатов, до сих пор хранится подобная карта. На ней распаяна микросхема дополнительного порта принтера (чтобы не занимать основной), цифроаналоговый преобразователь на восьми резисторах и микросхема усилителя низкой частоты мощностью один ватт. Вот такой интересный "дедушка" был у современного AC'97-звука.

Современный AC'97-звук недалеко ушел в своем развитии от своего далекого предка. Вместо порта принтера он получил официальную прописку во внутреннем устройстве компьютера. Восемь резисторов заменились на специализированную микросхему цифроаналогового преобразователя — кодек. Монофонический звук заменился сначала на стереофонический, а затем — и на многоканальный. Восьмибитный преобразователь превратился сначала в 16-битный, а затем — и в 24-битный. Микросхемы ЦАП (цифроаналогового преобразователя), предназначенные для воспроизведения звука, дополнились микросхемами АЦП (аналогоцифрового преобразователя) для его записи. Вот, по крупному счету, и все нововведения, которые он претерпел за прошедшее время! Микросхема AC'97-кодека обходится производителю практически даром, но при этом позволяет обеспечить покупателя "прямо из коробки" готовым звуковым решением. Следует отдать должное этому нехитрому устройству. Наличие на каждой материнской плате хоть и не очень качественной, но вместе с тем полнофункциональной звуковой карты привело к тому, что в наше время почти невозможно найти компьютер, который не смог бы проиграть звуковой сигнал. В силу того, что в наше время AC'97-кодек устанавливается практически на все современные материнские платы, его производители заинтересованы в дальнейшем развитии функциональных возможностей своего чипа. Скромное стереорешение материнских плат прежних лет заменилось сложным комбайном, допускающим подключение к себе 8-канальной акустики. Программное обеспечение кодека научилось взаимодействовать с компьютерными играми и поддерживать все функции звукового тракта домашнего кинотеатра. Таким образом, по своим возможностям скромные AC'97-кодеки на материнских платах уже догнали полноценные звуковые карты, вставляемые в PCI- слоты компьютера. И все бы с ними было очень хорошо, если бы не одно "но". Данные кодеки в силу самого своего "генетического" происхождения не могут качественно воспроизводить звук в условиях персонального компьютера. Ну не могут, как ни крути, и все тут! Вместе с тем, для очень большого количества пользователей компьютеров качество воспроизводимого чипом AC'97-звука вполне достаточно. Кодек AC'97 воспроизведет для них звук загружающегося Windows и успешно справится с подачей звукового сигнала в том случае, если вы получите новое сообщение по интернет- пейджеру ICQ. С его помощью можно прослушать приложенный к e-mail-сообщению звуковой файл. Звук АС'97 отлично подходит для выполнения различных задач на вашем рабочем компьютере, но, к сожалению, его возможностей недостаточно для полноценной эксплуатации домашнего мультимедийного компьютера. Вам не удастся прослушать с его помощью музыкальную композицию, записанную с приемлемым качеством. Вы не сможете в полной мере насладиться воспроизведением DVD-фильма. У вас не получится сыграть в какую-либо компьютерную игру, использующую трехмерное звуковое сопровождение. Очень многие люди, сами того не подозревая, используют возможности устройства, предназначенного в первую очередь для подачи звуковых информационных сигналов, для решения вообще всех своих мультимедийных потребностей без разбора.

Не стреляйте в пианиста — он играет, как умеет!

С точки зрения конструкции кодек сам по себе — всего лишь микросхема, предназначенная для преобразования цифровой последовательности данных в аналоговый сигнал и, наоборот, аналогового сигнала в цифровой. Аналогичные, только более совершенные микросхемы установлены и на полноценных звуковых платах. Но на них дополнительно содержатся еще и специальные микропроцессоры обработки звука. Вся вычислительная мощь микропроцессоров звуковых карт, называющихся сокращенно DSP (Digital Signal Processor), брошена на преобразование форматов различных звуковых файлов в удобоваримый для кодека вид. Они также занимаются выводом звука через кодек на динамики вашей акустической системы, разгружая от этой задачи центральный процессор. На AC'97-картах, интегрированных в материнские платы, всю работу DSP по формированию и обработке звука совершает центральный микропроцессор вашего компьютера (CPU) — тот самый микропроцессор, который также рассчитывает для вас искусственный интеллект в компьютерных играх, качает одновременно с этим файлы из Интернета, разрисовывает красивые картинки на рабочем столе вашего компьютера, а также выполняет миллион других задач, возложенных на него дружественным интерфейсом Windows или очередной компьютерной игрой. Очень часто центральный процессор не успевает выполнять все порученные ему задачи одновременно. Скорее всего, вы неоднократно встречались с ситуацией, когда щелчок по той или иной иконке в программе не приводит к мгновенной реакции приложения. В этот момент процессор занят чем-то другим и не может сию секунду уделить вам время. Но воспроизведение звука — это непрерывный процесс — нельзя сказать мелодии: "Подожди-ка минутку, я тут дискетку прочитать решил". Все подобные отвлечения процессора "на что-либо другое" приводят к хорошо различимым ухом щелчкам, трескам и хрипам в воспроизводимой AC'97-кодеком мелодии. Но и это еще полбеды. Дело в том, что материнская плата — это довольно-таки сложное цифровое изделие. По ее печатным дорожкам взад-вперед шныряют всевозможные цифровые сигналы, которые так и норовят пролезть в виде наводки в звуковой тракт расположенного на ней кодека AC'97. Чаще всего наводкам это с успехом удается, и озадаченный владелец подобного звукового решения слышит из динамиков характерную "озвучку" каждого своего щелчка мышкой по экрану или каждого движения головок жесткого диска.

Больше всего неприятностей AC'97-кодеки доставляют пользователям, слушающим музыку через наушники. Во-первых, выходные сигналы таких микросхем, как правило, недостаточно сильны для того, чтобы "раскачать" подобную нагрузку. Выходные разъемы на материнских платах чаще всего являются так называемыми линейными выходами. Они предназначены для подключения в качестве нагрузки усилителя активных компьютерных колонок. Этот усилитель обладает достаточно высоким входным сопротивлением, обычно превышающим 2 Ком, и поэтому не очень сильно нагружает выход кодека. А вот сопротивление головных телефонов обычно находится в диапазоне от 0.032 до 0.050 Ком, и усилителя они не имеют. Столь низкое сопротивление как бы замыкает накоротко выход усилителя в кодеке AC'97. Сгореть от этого кодек не сгорит — подобная ситуация предусмотрена его разработчиком, но качество воспроизводимого им сигнала серьезно ухудшается. Звук становится тише, из его спектра практически исчезают низкочастотные составляющие. Повысившиеся из-за перегрузки усилителя интермодуляционные и гармонические искажения приводят к утрате мелодией воздушности и прозрачности, особенно на высоких частотах. Но на этом неприятности для владельцев наушников не заканчиваются. Очередным их бичом является монотонный посторонний шум в паузах музыки и периодически раздающиеся из наушников посторонние звуки. Владельцев обычных колонок эти посторонние артефакты звука раздражают куда меньше, ведь они сидят достаточно далеко от динамиков и просто не слышат этот тихий звук. В наушниках же подобные шумы звучат прямо в голове, вызывая повышенную утомляемость при работе.

Полноценно играть в компьютерные игры с помощью AC'97-звука у вас тоже толком не получиться. Даже если махнуть рукой на общее качество воспроизводимых звуков. Звук в игре по большей части является шумовыми эффектами, а не сложными пространственными построениями в стиле музыки альбома "Fireball" группы Deep Purple, поэтому "некачественный" звук шагов и вопли монстров ухо меломана переносит куда как спокойнее. Запросы на ресурсы микропроцессора, которые тратятся на вывод в реальном времени звука в игре, начинают конфликтовать с запросами графической подсистемы компьютера, которая тоже хочет выводить вам картинку на экран в том же самом режиме реального времени. Посаженный на голодный паек интегрированный звук начинает заикаться и хрипеть. Подобные "дерганья" звука через некоторое время достанут вас так, что вы, скорее всего, просто отключите звук. И не приведи вас Господи попытаться включить в игре, какие-либо "продвинутые" возможности по созданию звукового окружения или трехмерного позиционирования. Падение скорости игры станет катастрофическим, а само качество реализации этих эффектов у AC'97-кодеков ниже всякой критики. Так, сам я, однажды запустив на AC'97 одну из игр, широко использующую не отключаемые из меню настроек эффекты звукового окружения EAX, смог вытерпеть эти байтораздирающие звуки всего лишь нескольких минут. Затем полез в коробку, в которой у меня свалены всевозможные доисторические компьютерные платы расширения, достал оттуда три раза устаревшую, но зато полноценную карту на чипе Vortex2 и установил ее в компьютер. Пускай она не понимает EAX — уж лучше играть вообще без него, чем наблюдать за тщетными попытками кодека AC'97 изобразить то, что он изобразить физически не в состоянии. Удовлетворяясь возможностями встроенного звука на своем домашнем ПК, вы серьезно ограничиваете свое собственное восприятие звуковой составляющей компьютерных игр, DVD-фильмов да и обычной музыки. Современный компьютер вполне может заменить вам видеомагнитофон и проигрыватель компакт-дисков. Но для выполнения подобных мультимедийных функций компьютеру требуется достаточно качественное устройство вывода звука. Кодек же AC'97 для этого практически
непригоден.

Невинные жертвы высокой интеграции

Низкое качество обычного AC'97-звука побудило производителей некоторых моделей материнских плат устанавливать на свои изделия полноценные звуковые решения. Как правило, построены эти решения на чипах Creative или VIA. Безусловно, они играют намного лучше обычных AC'97-кодеков. Тем не менее, встроенные в материнские платы звуковые устройства проигрывают полноценным отдельным платам. Причины, по которым это происходит, я вам уже приводил, когда говорил о "наводках" от цифровых сигналов, гуляющих по шинам материнской платы. В принципе, можно было бы расположить чип звуковой карты в самом дальнем углу материнской платы, отгородив его от цифровых цепей частоколом фильтрующих конденсаторов. Проблема в том, что такая конструкция будет очень дорогой и невыгодной самому производителю. Поэтому чипы интегрированной звуковой карты обычно располагаются так, чтобы упростить разводку материнской платы, а не для того, чтобы добиться идеального звука. По этой причине я вам рекомендую не гнаться за подобными встроенными решениями, пытаясь сэкономить "две копейки", и не покупать обычную звуковую карту. Отдельного разговора заслуживает интегрированная в южный мост (MCP-T) некоторых материнских плат на чипсете NFORCE-2 звуковая карта, называющаяся Sound Storm. По общему качеству своего звучания она сравнима с первыми картами Creative Labs, называющимися Sound Blaster Live! Вместе с тем она имеет как некоторые приятные особенности, к примеру, аппаратное декодирование звуковых потоков DVD- фильмов, так и неприятные, выражающиеся в довольно-таки большой шумности этого устройства (по тем же самым причинам). В том случае, если в вашем компьютере установлена такая материнская плата, например, Epox 8RDA+ или Abit NF7S, то задумывать апгрейд звука стоит лишь в том случае, если вы решили приобрести звуковую карту уровнем не меньше Audigy. Установка более слабой карты будет скорее уж даунгрейдом, чем апгрейдом.

Проблема выбора кодека

А вот проблемы выбора "правильного" AC'97-кодека, на мой взгляд, просто не существует. И вовсе не потому, что в мире недостаточно их разновидностей. Напротив, разных чипов AC'97-звука выпущено очень много. Но я не думаю, что кто-нибудь из моих читателей решит выбирать себе материнскую плату по этому признаку. Уж лучше купите понравившуюся вам материнскую плату и дополнительно к ней какую-либо недорогую звуковую плату.

Дополнение к первому выпуску:

Звуковые карты начального бюджетного уровня


Подобные карты, на мой взгляд, не заслуживают отдельной статьи, но рассказать об их существовании все-таки нужно. Выпускаются они в наше время, как правило, на чипах производства фирм C-Media или Realtec. Очень часто в прайсах компьютерных магазинов вообще не указывается их производитель — изделие называется просто и скромно: "PCI звуковая карта". Стоимость подобных карт обычно колеблется в диапазоне 5-10 долларов. По качеству звучания и своим возможностям они недалеко ушли от AC'97-звука, каковым они, по крупному счету, и являются, поэтому связываться с этими картами нет особого смысла. Сам по себе процессор таких карт, в принципе, вполне сносен, хотя и не обладает аппаратной поддержкой компьютерных игр. Некоторые из производителей "второго звена" даже выпускают на их основе сравнительно дорогие звуковые карты. Но дешевизна таких "бюджетных" решений имеет и оборотную сторону — производители подобных карт экономят на всем, на чем могут. На них ставятся некачественные детали "обвески". Звучание подобных карт находится ниже всякой критики. Не стоит с ними связываться — лучше "посидите" временно на встроенном AC'97-звуке и подкопите денег на более или менее приличную звуковую карту.

(c) Герман Иванов, февраль 2006 г.


© Компьютерная газета

полезные ссылки
Корпусные камеры видеонаблюдения
IP камеры видеонаблюдения