История звуковых карт

В этом разделе кратко будет рассмотрена история звуковых карт - от появления персонального компьютера фирмы IBM до последних технологических новинок. Все началось с динамика... Вначале был персональный компьютер фирмы IBM. И этот персональный компьютер имел примитивный динамик.

Интересно, что за более чем 10 лет истории персональных компьютеров, устройство динамика практически не изменилось.В разных моделях компьютеров он располагался в совершенно разных местах: за передней панелью, за задней панелью,сверху, сбоку, под корзинкой для крепления приводов и т.д., но он всегда оставался неизменным атрибутом каждого персонального компьютера. Поскольку во времена создания персонального компьютера IBM PC никто ничего не ведал о мультимедиа, то единственной функцией встроенного динамика в те времена было воспроизведение диагностических "гудков" во время начальной загрузки компьютера. В более поздние времена разработчики программного обеспечения довольно быстро нашли применение этому, так сказать устройству, и теперь любая компьютерная игра может "говорить" при помощи встроенного динамика.

В то время как разрешение графических адаптеров росло (320х200, 640х200, 640х350 и т.д.), появлялись новые цвета (2, 4, 16, 256, 32 миллиона), возникали различные устройства ввода типа джойстиков и игровых панелей, звуковая "оснастка" компьютера почти не развивалась. Дело в том, что встроенный динамик имеет два существенных недостатка: он не может воспроизводить одновременно более одного тона и невозможно регулировать уровень звука. В середине 80-х было разработано довольно много программ по воспроизведению оцифрованной музыки и человеческой речи, но все они были далеки от совершенства. И все же, основные принципы воспроизведения звука через динамик нашли свое применение у производителей звуковых карт.

4.2. Первые "бластеры"

Первый шаг на рынке звуковых карт (речь в основном идет о звуковых картах, предназначенных для бытового применения) сделала в 1987 году фирма Creative Labs, разработавшая Creative Music System (C/MS) - 12-голосный стереомузыкальный синтезатор, который начал распространяться в 1989 году под названием Game Blaster. Успех карты Game Blaster, которая разошлась сотнями тысяч, привел в скором времени к появлению и других подобных карт, наиболее известная из которых - карта AdLib. В основе ее функционирования лежит метод, известный как "синтез путем частотной модуляции (FM Synthesis)". Этот метод лежит в основе функционирования большинства современных звуковых карт. После внедрения этих карт персональный компьютер стал обладать способностью к воспроизведению музыки.

Появление карты Sound Blaster фирмы Creative Labs ознаменовало собой революцию - теперь прикладные программы могли воспроизводить и записывать оцифрованную музыку и различные звуковые эффекты - пока, правда, с 8-битным разрешением.

Постепенно стали появляться различные "клоны" карты Sound Blaster, а сама технология совершенствовалась. В дополнение к нескольким каналам и стереозвучанию появилась поддержка 16-битного разрешения. Запись сигналов с высоким разрешением требовала огромного количества ресурсов:запись одной минуты с качеством СО-Audio требует порядка 10 Мбайт. Синтез посредством частотной модуляции имел ряд недостатков. Наиболее острый из них: искусственный характер звучания. Он находится в прямой зависимости от регулярности волн, генерируемых при FM-синтезе. Второй недостаток, частично связанный с первым, заключался в следующем: для хранения музыкального сопровождения высокого качества требовались большие объемы дискового пространства. Одним из методов сокращения объемов, занимаемых музыкой, является Midi. Файлы в формате Midi обычно содержат инструкции типа: "сыграть на таком-то инструменте такую-то ноту в течение такого-то количества секунд". В результате. Midi-файлы занимают незначительный объем. Тем не менее сам характер представления звуков не мог полностью удовлетворить как пользователей, так и разработчиков. Требовалось принципиально новое решение.

Синтез посредством частотной модуляции имел ряд недостатков. Наиболее острый из них: искусственный характер звучания. Он находится в прямой зависимости от регулярности волн, генерируемых при FM-синтезе. Второй недостаток, частично связанный с первым, заключался в следующем: для хранения музыкального сопровождения высокого качества требовались большие объемы дискового пространства.Одним из методов сокращения объемов, занимаемых музыкой, является Midi Файлы в формате Midi обычно содержат инструкции типа: "сыграть на таком-то инструменте такую-то ноту в течение такого-то количества секунд". В результате Midi-файлы занимают незначительный объем. Тем не менее сам характер представления звуков не мог полностью удовлетворить как пользователей, так и разработчиков.Требовалось принципиально новое решение. Самыми яркими представителями карт, воспроизводящих звук данным способом являются SoundBlaster PRO/16 и AdLib).

4.3. Стандарт General Midi

Стандарт General Midi (GM) был разработан для синтезаторов фирмой Roland Corporation как стандарт (General Synthesizer Standard) и расширен ассоциацией производителей Midi-инструментов (Midi Manufacturers Association). Стандарт General Midi описывает присвоения номеров набору из 128 наиболее часто используемых инструментов и номера нот для 46 стандартных ударных инструментов.

Midi (Musical Instruments Digital Interface) - скорее не метод записи звука, а способ записи команд, посылаемых музыкальным инструментам. Midi-файл (обычно это файл с расширением MID) содержит ссылки на ноты, а не запись музыки как таковой. Когда Midi-совместимая звуковая карта получает Midi-файл, карта ищет необходимые звуки в таблице через эти ссылки. В таблице указано, какой инструмент должен звучать для определенной ссылки. Например, большой барабан определен как 55. Когда звуковая карта находит ссылку с номером 55, она выдает звук большого барабана. Midi-файлы могут проигрываться как на картах с FM-синтезом, так и на картах, основанных на табличном синтезе. Синтезаторы, которые установлены на недорогих звуковых картах, имеют ограниченное число одновременно воспроизводимых голосов (полифония) - до 20 при использовании синтезатора Yamaha OPL3. Принципиально новым методом явился синтез на базе таблиц волн (Wave Table Synthesis)(подробнее о нем чуть дальше). Его применение позволило радикальным образом решить проблему “в лоб”. Вам хочется сыграть определенную ноту на инструменте? Возьмите образец и проиграйте его с более высокой или низкой скоростью в зависимости от того, какую ноту вам требуется извлечь. В результате получите практически оригинальный звук. Карты, поддерживающие такой тип синтеза, обычно имеют несколько мегабайт памяти для хранения образцов звучания инструментов.

Чем больше объем памяти на карте, тем реалистичней становится звучание, ибо в памяти хранится больше образцов, записанных с более высоким разрешением. Стандарт General Midi описывает около 200 инструментов, которые могут использоваться в Midi-файлах. Для хранения образцов звучания таких инструментов требуется от 2 до 8 Мбайт памяти. Следует отметить, что качество звучания карты, работающей на принципе табличного синтеза, сильно зависит от качества звучания образцов инструментов, хранящихся в памяти этой карты. Если, например, на хранение каждого образца отводится всего несколько килобайт, качество звучания не будет сильно отличаться от качества звучания при FM - синтезе. Обычно, на каждый образец отводится порядка 20 Кбайт памяти, т.е. всего около 4 Мбайт для всех образцов. Первой картой, использующей принцип хранения образцов звучания инструментов в ОЗУ вместо ПЗУ, стала карта Gravis Ultrasound фирмы Advanced Gravis. Образцы хранятся на диске и загружаются в процессе воспроизведения звуковых сигналов. Кроме того, существует возможность для изменения звучания инструментов, а также замены их. Использование ОЗУ существенно сказалось на удешевлении данной технологии, ибо очень мало приложений, которым требуются все Midi-инструменты. Если приложение поддерживает кэширование инструментов, оно загружает каждый инструмент перед его включением, а поскольку средний Midi-файл использует около 12 инструментов одновременно, затраты на память не столько существенны. Уже сейчас начал применятся новый метод, называемый “Wave Form” синтезом (его еще называют OPL4).До недавнего времени синтез по таблице волн использовался только в высококачественных платах и был мало распространен, но сейчас положение резко изменилось.Синтез этого типа основан на преобразовании звуков в сложные математические формулы. Использование такого метода требует дополнительных ресурсов процессора. Однако он позволит в недалеком будущем воспроизводить звучание музыкальных инструментов с еще более высоким качеством.(Яркие представители:Yamaha SW60XG,Gravis Ultrasound,а также карта, наиболее любимая среди профессионалов-TurtleBeach Multisound Pinnacle ).