Плата SoundBlaste.

В 1998 г. Creative Technology был выпущен удачный образец звуковой платы SoundBlaster Live!, ставший в дальнейшем стан­дартом де-факто.

Версия Platinum 5.1 карты Creative SoundBlaster Live!, которая появилась к концу 2000 г., имела следующие гнезда и соеди­нители (рис. 3.2):

• аналогово-цифровой выход — либо сжатый сигнал в фор­мате Dolby AC-3 SPDIF с 6 каналами для подключения внешних цифровых устройств или динамиков цифровых систем, либо аналоговая система громкоговорителей 5.1;

• линейный вход — соединяется с внешним устройством типа кассетного, цифрового магнитофона, плейера и пр.; микрофонное гнездо — соединяется с внешним микрофо­ном для ввода голоса;

• линейный выход — соединяется с динамиками или внеш­ним усилителем для аудиовывода или наушниками;

• соединитель джойстика/MIDI — соединяется с джойсти­ком или устройством MIDI; и может быть настроен так, чтобы соединяться с обоими одновременно;

• CD/SPDIF-соединитель — соединяется с выводом SPDIF, расположенным на дисководе DVD или CD-ROM;

• дополнительный аудиовход — соединяется с внутренними аудиоисточниками типа тюнера, MPEG или других подоб­ных плат;

• соединитель аудиоСD — соединяется с аналоговым аудио-выводом на CD-ROM или DVD-ROM, используя кабель аудиоСD;

• соединитель автоответчика — обеспечивает монофониче­скую связь со стандартным голосовым модемом и передает сигналы микрофона к модему.

Аудиорасширение (цифровой ввод-вывод) — соединяется с циф­ровой платой ввода-вывода (может располагаться в свободной нише накопителя на 5, 25", выходящей на переднюю панель ком­пьютера), иногда называемой Live! Drive. Обеспечивает следую­щие соединения:

• гнездо RCA SPDIF — соединяется с устройствами цифровой звукозаписи типа цифровой ленты и мини-дисков;

• гнездо наушников — соединяется с парой высококачест­венных наушников; вывод динамика отключается;

• регулировка уровня наушников — управляет громкостью сигнала наушников;

• второй вход (линейный/микрофонный) — соединяется с высококачественным динамическим микрофоном или аудиоисточником (электрогитара, цифровое аудио или мини-диск);

• переключатель второго входа (линейный/микрофон);

• соединитель MIDI — соединяется с устройствами MIDI че­рез кабель Mini DIN-Standard DIN;

• инфракрасный порт (сенсор) — позволяет организовать дистанционное управление ПК;

• вспомогательные гнезда RCA — соединяются с оборудова­нием бытовой электроники типа видеомагнитофона, теле­визора или проигрывателя компакт-дисков;

• оптический вход/выход SPDIF — соединяется с устройст­вами цифровой звукозаписи наподобие цифровой ленты или мини-дисков.

Другие изготовители звуковых плат быстро восприняли идею относительно отдельного модуля разъемов ввода-вывода. Было разработано множество разновидностей — одни были размеще­ны в отсеке для накопителей подобно Live! Drive, другие были внешними модулями, некоторые из которых были разработаны, чтобы действовать как концентраторы USB.

Современные аудиокарты поддерживают также ряд стандарт­ных возможностей моделирования, генерации и обработки зву­кового сигнала:

• DirectX — предложенная Microsoft система команд управ­ления позиционированием виртуального звукового источ­ника (модификации — DirectX 3, 5, 6);

• A3D — разработанный в 1997 г. NASA (National Aeronautics and Space Administration) и Aureal для использования в лет­ных тренажерах стандарт генерации таких эффектов, как густой туман или подводные звуки. A3D2 позволяет моде­лировать конфигурацию помещения, в котором раздаются и распространяются звуки, вычисляя до 60 звуковых отра­жений (как в ангаре, так и в колодце);

• ЕАХ (Environmental Audio Extensions) — предложенная Creative Technology в 1998 г. модель добавления ревербера­ции в A3D с учетом звуковых препятствий и поглощения звуков;

• MIDI (Musical Instrument Digital Interface) — протокол, раз­работанный в 1980-х гг., в соответствии с которым коман­ды передаются по стандартному интерфейсу. В Windows MIDI-файлы могут воспроизводиться специальной про­граммой-проигрывателем MIDI-Sequcncer. В этой области синтеза звука также имеются свои стандарты. Основным является стандарт МТ-32, разработанный фирмой Roland и названный в соответствии с одноименным модулем генера­ции звуков. Этот стандарт также применяется в звуковых картах LAPC и определяет основные средства для управле­ния расположением инструментов, голосов, а также для де­ления на инструментальные группы (клавишные, ударные и т. д.) (рис. 3.3).

MIDI

Цифровой интерфейс музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface или MIDI) появился в начале 1980-х гг. и был разработан, чтобы обеспечить стандартный интерфейс между пультами управления музыкой (наподобие клавиатур) и звуковыми генераторами (типа синтезаторов и «роботов-барабанщиков»). Кроме того, он первоначально был предназначен для работы через последовательное подключе­ние, аналогичное стыку RS-232 [24, 25], и включал в себя как стандарт передачи информации, так и протокол электрических сигналов.

На уровне электросигналов MIDI представляет полудуплекс­ную токовую петлю (5 мА), которая пропускает последователь­ный поток данных по 8 битов на скорости передачи 31, 25 килобод.

На уровне передачи информации MIDI представляет собой что-то вроде языка для того, чтобы описать музыкальные такты и эффекты в реальном масштабе времени. Он обеспечивает соеди­нение более чем по 16 каналам, позволяя подключить до 16 инст­рументов MIDI к одному интерфейсу. Некоторые MIDI-интерфейсы имеют 16 выходов, позволяя одновременно обращаться к 256 инструментам.

Интерфейс MIDI передает не звук, а команды, которые вы­полняет устройство-приемник. Инструменты соединяются стан­дартными разъемами 5-DIN. Например, если на клавиатуре на­жата определенная клавиша, то передается команда Note On (включить ноту), которая заставляет принимающее устройство проиграть некоторую музыкальную ноту.

Команда состоит из трех элементов:

• байт состояния (Status Byte);

• номер ноты (Note Number);

• значение скорости нажатия клавиши (Velocity Value).

Байт состояния содержит информацию о типе команды

(в этом случае — «включить ноту»), а также на какой канал она должна быть послана (1 —16).

Номер ноты описывает клавишу, которая была нажата (ска­жем, «ре» Большой Октавы).

Значение скорости указывает силу, с которой эта клавиша была нажата. Принимающий инструмент будет исполнять эту ноту, пока не придет команда Note off (отключить ноту), кото­рая содержит аналогичные данные.

В зависимости от того, какой именно звук проигрывается, синтезаторы по-разному обрабатывают данные Velocity Value. Звук фортепьяно, например, становится громче, если клавиша нажата более сильно, а также изменяются тональные свойства. Профессиональные синтезаторы часто вводят дополнительные тембры, чтобы подражать звуку молоточков, ударяю­щих по струнам.

Число голосов (MIDI-каналов) или полифония звуковой платы определяет максимальное количество элементарных зву­ков, которые плата может воспроизвести одновременно. Это число иногда указывают в названии звуковой карты, например-SB 16, AWE 64, SB PCI 64, SB PCI 128 и т. д.

Существует несколько разновидностей стандарта MIDI — 6М, GS и т. д. Практически все современные звуковые адаптеры совместимы со стандартом GM (General MIDI — единый или общий MIDI).

Постоянные контроллеры Continuous Controllers (CC) ис­пользуются, чтобы управлять параметрами настройки: уровень звучания, эффекты, панорамирование (позиционирование сте­реозвука) и др. Многие устройства MIDI позволяют установить внутренние параметры для СС (до 128). На этой базе Ассоциа­ция Изготовителей MIDI (MIDI Manufacturers Association — MMA) разработала спецификацию для синтезаторов, известную как General MIDI.

MIDI секвенсоры. Первые приложения MIDI были рассчита­ны на то, чтобы при игре на одной клавиатуре сочетать звуки, произведенные несколькими синтезаторами. Сегодня тем не ме­нее это используется главным образом в секвенсорах, хотя MIDI также применяется и в системах театрального освещения и со­провождения как удобный способ управления множеством про­жекторов и кино (видео) проекторов.

По существу, секвенсор (sequencer) представляет собой циф­ровой магнитофон, который записывает и воспроизводит коман­ды MIDI, а не аудиосигналы. Первые секвенсоры имели неболь­шую память и были способны к запоминанию только от 1 до 2 тыс. музыкальных тактов. С развитием секвенсоров совершен­ствовались и системы MIDI. He ограничиваясь только проигры­ванием нот в MIDI, изготовители разработали способы управле­ния индивидуальными звуковыми параметрами и встроенными цифровыми эффектами, используя постоянные контроллеры (СС). Большинство программ-секвенсоров — приложения на ос­нове ПК, и имеют возможности корректировать эти параметры, используя графические слайдеры.

Использование секвенсоров позволяет удобно редактировать музыкальные фразы и синхронизировать их с фильмом. При этом обеспечиваются экономичные возможности для разработчиков мультимедиа, предоставляющие слушателям высококачественный звук. Для записи оцифрованной музыки требуется не менее 10 Мбайт/мин, в то время как данные MIDI требуют только малую долю от этого.

Сэмплер — синтезатор, у которого для хранения образцов звучания (сэмплов) вместо постоянной памяти (ROM) используется оперативная память большого объема (RAM). Пользователь перед каждым сеансом работы загружает в память уже готовые звуки, или записывает новые звуки точно так же, как на обычный магнитофон. Впоследствии все эти сэмплы воспроиз­водятся с разной высотой под управлением клавиатуры или сек­венсора. Для изменения высоты тона сэмплов используются та­кие же алгоритмы, как и в программах типа Sound Forge, только они действуют в реальном времени.

При формировании звуков в сэмплерах не используются алгоритмы компрессии, которые, например, позволяют «упако­вать» в 4 Мбайт ROM 250—400 звуков разного тембра, как это происходит в синтезаторах. Кроме этого, синтезаторы ограни­чены тем набором звуков, который находится в ROM, а для сэмплеров выпускается огромное количество библиотек звуков на компакт-дисках, поэтому можно, имея всего лишь одно устройство, практически безгранично расширять его возмож­ности.

Помимо всех перечисленных достоинств, сэмплеры имеют одну очень важную черту — пользователь может создавать звук самостоятельно от первого до последнего шага.

В сэмплере каждый звук создается в нескольких источни­ках, сигналы которых смешиваются между собой. Каждый та­кой источник принято называть леером (от англ. layer — слой). Главным элементом любого леера является генератор — имен­но в нем образуется звук при воспроизведении сэмпла. Иногда генератор сэмплера называют осциллятором. Сэмплы находятся в оперативной памяти устройства и извлекаются оттуда при поступлении соответствующей команды от программы управ­ления.

Генератор воспроизводит сэмпл с разной высотой, в зависи­мости от поступающей в него команды MIDI Note (MIDI нота). Причем, сэмпл может воспроизводиться как линейно, т. е. от чала до конца, так и зацикливаться. В последнем случае инструмент звучит ровно столько, сколько времени удерживается в Жатом состоянии клавиша на MIDI-клавиатуре. Помимо изменения высоты тона, генератор изменяет уровень воспроизво­димого сэмпла в зависимости от сообщения Velocity (ско­рость нажатия клавиши).

В сэмплере с помощью генератора низкой частоты (LFO — Low Frequency Oscillator) можно менять высоту воспроизведения сэмпла с некоторой периодичностью. Но в отличие от про­граммного FM-синтезатора, частотой колебаний LFO сэмплера можно управлять в реальном времени с помощью MIDI-клавиатуры.

Амплитудой колебаний LFO можно управлять с помощью генератора огибающей (Envelope Generator), создающего произ­вольную огибающую. Этот метод называется амплитудной мо­дуляцией (AM — Amplitude Modulation). Но в любом сэмплере с помощью амплитудной модуляции можно управлять не толь­ко параметрами генератора низкой частоты, но и параметрами воспроизведения сэмпла. Например, если указано «время ли­нейной атаки» 1 с, то после нажатия клавиши громкость сэмп­ла будет линейно возрастать от минимальной громкости к мак­симальной в течение 1 секунды. Если указывается время зату­хания (Release) 0, 5 с, то после отпускания клавиши сэмпл будет звучать указанное время, причем его громкость будет линейно уменьшаться. Естественно, можно «нарисовать» и более слож­ные огибающие.

К сэмплу, который воспроизводится генератором с разной высотой и уровнем в зависимости от поступающих с клавиатуры команд MIDI Note (MIDI нота) и Velocity (Скорость нажатия клавиш), можно применить два вида модуляции: частотную

и амплитудную. В первом случае будет периодически меняться высота воспроизводимого сэмпла относительно взятой на клавиатуре ноты, а во втором — его относительный уровень в течение времени звучания.

Эквалайзер. Для управления тембром звука используются эк­валайзеры — программно-аппаратные средства, способные по­нижать или повышать уровень разных частотных полос. При этом понижается или повышается относительный уровень раз­ных гармоник сигнала, в результате чего мы в акустических сис­темах слышим изменение тембра звука.

Известно два основных типа эквалайзеров — графические и параметрические. Первые отличаются наличием фиксированно­го количества полос: их обычно бывает 15 (можно менять уровень каждой ²/₃ октавы звукового диапазона) или 30 (можно менять уровень каждой ¹/₃ октавы звукового диапазона). На любой из полос уровень сигнала может опускаться или подниматься на Ю—15 дБ (см. рис. 3.7 — графический 10-полосный эквалайзер Winamp). Параметрические эквалайзеры, в отличие от графиче­ских, могут настраиваться на любую частотную полосу любой ширины и поднимать/опускать ее уровень.

Единый (общий) стандарт MIDI (General MIDI)

Ввод стандарта MIDI позволял музыкантам создавать аран­жировки, используя любые инструменты MIDI, имевшиеся в на­личии. Но когда созданные файлы проигрывались на другом синтезаторе, не было никакой гарантии, что звучание будет тем же самым, потому что различные изготовители могли назначить инструментам различные номера программ, так что фортепьяно, записанное на одном синтезаторе, может прозвучать как труба на другом и пр.

В сентябре 1991 г. Ассоциация изготовителей MIDI (MMA) и Японский комитет стандартов MIDI (JMSC) положили начало новому этапу в технологии MIDI, приняв стандарт «Общая Система MIDI, уровень 1» (General MIDI System Le­vel 1 — GM или GM1). Спецификация разработана, чтобы обес­печить необходимый уровень совместимости функционирования инструментов MIDI.

GM1. Спецификация налагает ряд требований на совмести­мые звукогенерирующие устройства (клавиатура, звуковой мо­дуль, звуковая плата, программные продукты), включая:

• минимум 24 канала («голоса») должно быть доступно одно­временно для звуков мелодии и ударных инструментов, или 16 каналов для мелодии плюс 8 для ударных;

• поддерживаются все 16 каналов MIDI, каждый из которых способен воспроизвести различное число голосов (полифо­ния) или различные инструменты (звук, аккорд, тембр);

• минимум 16 различных тембров может выполняться одно­временно, воспроизводя различные инструменты. Поддер­живается как минимум 128 предварительно настроенных инструментов (номера MIDI-программ), соответствующих

Инструментальной карте GM1 (GM1 Instrument Patch Map), и 47 звуков ударных, которые соответствуют Карте ударных GM1 (GM1 Percussion Key Map). Ме­лодический набор состоит из 16 групп инструментов по 8 в каждой группе (фортепиано, органы, струнные, духовые гитары, и т. п.).

За всеми инструментами были закреплены конкретные но­мера, поэтому мелодия, записанная в GM, будет похоже звучать на разных GM-синтезаторах. GS (General Synthesizer) — стан­дартный набор тембров фирмы Roland, включает дополнительно к General MIDI новые наборы мелодических и ударных инстру­ментов, различные эффекты (скрип двери, звук мотора, крики и т. п.), а также дополнительные способы управления инстру­ментами через MIDI-контроллеры. Многие звуковые карты поддерживают GM по умолчанию, a GS — в порядке расшире­ния.

Стандарт XG (Extended General) фирмы Yamaha включает несколько сотен мелодических и ударных инструментов, приме­няемых профессиональными музыкантами. XG содержит зна­чительно более развитые средства управления синтезом, чем GM и GS. Любой MIDI-канал может быть независимо от дру­гих установлен в режим мелодических или ударных инструмен­тов. Использование стандарта XG позволяет создавать перено­симые MIDI-файлы со звучанием, приближенным к профес­сиональному.