Zvuková karta

Počítač řady PC je ve své standardní konfiguraci vybaven malým reproduktorem označovaným jako PC speaker. Tento reproduktor je součástí skříně počítače a je připojen přímo na základní desku počítače. Jeho zvukové schopnosti jsou však velmi omezené a slouží většinou pouze k vydávání jednoduchých zvuků, jako jsou např. varovné pípnutí při vzniku chyby apod., popř. k přehrání nějakých jednoduchých zvukových záznamů pro vysloveně amatérské účely. Pokud je požadován kvalitnější zvukový výstup z počítače, je nezbytné tento počítač vybavit zvukovou kartou.

Zvuková karta

Zvuková karta (sound card) je zařízení, které slouží k počítačovému zpracování zvuku. V závislosti na své kvalitě (a tím i ceně) zajišťuje kvalitní zvukový výstup z počítače vhodný i pro profesionální účely. Ke zvukové kartě lze dále připojit následující zařízení:

• sluchátka
• reproduktory
• zesilovač
• mikrofon
• externí zdroje (rádio, magnetofon, ...)
• je-li karta vybavena rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k ní připojit i elektronické hudební nástroje vybavené také tímto rozhraním (např. elektronické varhany, syntetizátory apod.)

Zapojení zvukové karty

Při záznamu zvuku pomocí zvukové karty je nezbytné rozlišit dva základní případy:

• záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího analogový signál (mikrofon, rádio, magnetofon, audio CD). Takovýto signál se skládá z vln (kmitů) o nestejném tlaku, který je vytvářen ve vzduchu hlasivkami, hudebními nástroji nebo přírodními silami.

  Příklad zvukového signálu

  V takovémto případě je nutné tento analogový signál převést na signál digitální. Převod se uskutečňuje pomocí vzorkování (sampling). To znamená, že v každém časovém intervalu je zjištěn a zaznamenán aktuální stav signálu (vzorek). Je zřejmé, že čím kratší je tento interval, tím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více vzorků bude pořízeno a tím bude výsledný záznam kvalitnější. Kvalitu je možné dále ovlivnit počtem rozlišitelných úrovní v každém vzorku.

  Ovlivnění kvality záznamu vzorkovací frekvencí.

  Původní signál	Vzorkování 20 Hz	Výsledek
  Původní signál	Vzorkování 40 Hz	Výsledek

  Ovlivnění kvality záznamu počtem rozlišitelných úrovní na každý vzorek

  Původní signál	Hloubka 8 bitů	Výsledek
  Původní signál	Hloubka 16 bitů	Výsledek

  Při takovémto záznamu se běžně rozlišují následující úrovně kvality záznamu:

  Kvalita	Vzorkovací frekvence	Počet bitů na vzorek	Počet vzorků	Délka dig. záznamu (B/s)
  Telephone Quality	11025 Hz	8	1 - Mono	11 kB/s
  Radio Quality	22050 Hz	8	1 - Mono	22 kB/s
  CD Quality	44100 Hz	16	2 - Stereo	172 kB/s

  Při záznamu tímto způsobem se využívá Shannonovy vzorkovací věty, která říká: Signál spojitý v čase je plně určen posloupností vzorků odebíraných ve stejných intervalech, je-li jejich frekvence větší než dvojnásobek nejvyšší frekvence v signálu. Uvážíme-li, že lidské ucho vnímá zvuky od frekvencí 16 Hz - 20 Hz až do frekvencí 16 kHz - 20 kHz, je zřejmé, že frekvence 44 kHz použitá pro CD kvalitu je dostačující. Z výše uvedené věty také vyplývá, že pokud dojde ke snížení vzorkovací frekvence, budou ve výsledném záznamu chybět vyšší frekvence, což se při přehrání projeví jako ztráta výšek.

  Protože záznam tímto způsobem vede při vyšší kvalitě záznamu ke vzniku velmi dlouhých souborů, existují algoritmy dovolující provést ztrátové komprese, které podstatným způsobem kvalitu výsledného záznamu neovlivní. Tyto komprese je nutné provádět buď po provedení záznamu, nebo kvalitnější karty vybavené speciálními procesory umožňují jejich provedení v reálném čase přímo při záznamu.

• záznam je prováděn z nějakého zdroje poskytujícího již digitální signál (např. elektronické varhany připojené prostřednictvím MIDI rozhraní). V takovém případě se již neprovádí vzorkování, ale zaznamenávají se přímo jednotlivé byty zasílané tímto rozhraním. Tyto byty obsahují informace, jako jsou:
  • nástroj, který tón hraje (piano, housle, varhany, ...)
  • výška tónu
  • délka tónu
  • dynamika úhozu na klávesu
  • další
  Pro přehrání takového záznamu je nezbytné, aby zvuková karta (nebo jiné zřízení) byla schopna podle těchto informací sama vytvářet jednotlivé tóny.

• Nástup (Attack)
• Pokles (Decay)
• Trvání (Sustain)
• Doznívání (Release)

Části cyklu hudebních zvuků

Pro vlastní vytvoření zvuku se využívá dvou rozličných mechanismů:

• FM syntéza: realizovaná tzv. FM syntetizátorem (obvod OPL 2, OPL 3 nebo OPL 4). Tato metoda vychází z faktu, že každé vlnění lze sestavit složením vybrané série sinusových kmitů o patřičné frekvenci a amplitudě.

  Původní zvukový signál	Sinusové kmity původního signálu

  FM syntéza tedy vychází z popisu příslušného hudebního nástroje na základě Fourierova rozvoje, s jehož pomocí se potom zvuk těchto nástrojů emuluje jako superpozice několika sinusových signálů. Takto získaný signál se může ještě dále upravit různými efekty. Jedná se o levnější realizaci, která se svými výsledky zvukům reálných nástrojů pouze blíží a nikdy jich nemůže dosáhnout. Zvukové karty, které používají pouze tento způsob pro vytváření zvuků, jsou vhodné jen pro amatérské použití (ozvučení her apod.).

• Wave Table syntéza: používaná u dražších zvukových karet. Tato metoda používá přímo navzorkovaný signál skutečného nástroje uložený ve své vlastní paměti (ROM nebo RAM). Protože je nemožné, aby v paměti byly uchovány vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů, je v paměti vždy uložen jeden tón od každého nástroje. Různých výšek tohoto tónu se pak dosahuje různou rychlostí přehrání tohoto vzorku.

Reproduktory pro připojení ke zvukovým kartám

Zvukové karty bývaly obzvláště dříve vybavovány ještě IDE rozhraním, které sloužilo k připojení CD-ROM disku nebo speciálním rozhraním pro první CD-ROM mechaniky. Dnes toto řešení nemá velké opodstatnění, protože počítače jsou standardně vybaveny EIDE rozhraním, které dovoluje pohodlnější a rychlejší zapojení mechaniky CD-ROM. V případě, že v počítači je osazena CD-ROM mechanika a zároveň i zvuková karta, je velmi vhodné, aby obě tato zařízení byla propojena pomocí tzv. audio kabelu. Díky tomuto propojení je pak možné na CD-ROM přehrávat zvukové CD a poslouchat je z reproduktorů připojených ke zvukové kartě.

Audio kabel

Kromě uvedených vlastností mohou být ještě zvukové karty vybaveny pozicemi pro paměťové moduly RAM, do kterých si uživatel může ukládat vlastní vzorky různých nástrojů vytvořené buď elektronickým syntetizátorem nebo vzniklé nějakou úpravou již existujících vzorků. Dále je možné na zvukových kartách vidět i různé specializované obvody pro vytváření různých efektů v reálném čase (např. prostorový zvuk apod.)

Zvuková karta: strana 1