Sistemas de som. Sistema de som

Qualquer pessoa que trabalhe com som profissional provavelmente já se deparou com um sistema de som de fundo integrado pelo menos uma vez. Afinal, não é segredo para ninguém que esses projetos de pequeno e médio porte podem consistir em quase O A maioria das vendas é do distribuidor, revendedor e instalador do equipamento. E, ao contrário dos grandes sistemas, a "distribuição" não requer cálculos complexos, criação de modelos acústicos e outros trabalhos rotineiros de pré-venda. Um especialista experiente pode traçar uma especificação típica “em mente”, conhecendo apenas as dimensões gerais da sala. E, claro, tal sistema funcionará, mas, como diz a conhecida anedota, há uma nuance ...

Graças ao trabalho de sucesso de comerciantes e vendedores, proprietários e franqueados de cafés, restaurantes, lojas e centros comerciais em todo o mundo, e em nosso país, agora entendemos perfeitamente que o som certo é importante tanto para o humor quanto para a fidelidade do cliente, e pela eficiência do mesmo conteúdo publicitário. E, embora agora eu esteja falando com trechos dos catálogos coloridos de qualquer fabricante de sistemas acústicos de teto, vemos os resultados do trabalho dos profissionais de marketing - todas as marcas mundiais sérias há muito entraram no mercado russo e transformaram o cliente em sua fé. E um líder empresarial competente nesta área finalmente parou de negligenciar a qualidade do som, como não fazia muito tempo.

Parece que o trabalho está feito - crie uma oferta padrão e altere o número de sistemas de alto-falantes nela, dependendo da configuração da sala. Mas não é tão simples. Em vez disso, é relativamente simples se abordarmos a construção de sistemas do ponto de vista do menor tempo gasto por unidade de bens. E há lógica nisso. E o argumento mais indiscutível é "esta não é uma sociedade filarmônica!" - já se tornou quase um livro didático, e é idealmente aplicável a qualquer objeto, exceto, de fato, a mesma Filarmônica.

Provavelmente, alguns de vocês dirão: "Este é um raciocínio inútil a respeito de nada", então, finalmente, irei ao ponto principal.

O objetivo geral do artigo é precisamente desmascarar a opinião generalizada de que projetar um sistema de som de fundo não vale pelo menos algum tempo sério e custos mentais. Quanto ao tempo, concordo parcialmente - poucos de nós têm o suficiente para gastar uma ou duas horas escolhendo uma das duas seções adjacentes do teto para o alto-falante. Mas conectar o pensamento da engenharia nos ajudará a obter o melhor resultado com os mesmos produtos que nossos concorrentes. E o resultado, com a abordagem certa, irá agradar tanto ao cliente quanto ao seu departamento de vendas. Concordamos que com o atual sortimento de equipamentos de som de diferentes fabricantes, muito semelhantes entre si, destinados a sistemas comerciais, a principal, senão a única, forma de atrair e reter um cliente é oferecendo o preço mais atraente. E como um comprador raro ficará surpreso com a qualidade do som e será capaz de avaliá-la objetivamente, na maioria dos casos o comprador vencerá, oferecendo uma solução mais econômica.

Mas vamos tentar abstrair de todos os componentes comerciais e nos concentrar no que é caro e querido - na parte da engenharia.

Engenheiro, sua saída!

Existem mil e uma diretrizes para calcular os mesmos sistemas de alto-falantes de teto. Vamos começar com eles. O que os fabricantes não nos oferecem para simplificar nosso trabalho ... Um vendedor distribui Talmuds com recomendações de cálculo entre os parceiros, outro oferece simuladores acústicos "amigáveis", nos quais qualquer um pode desenhar a configuração de alto-falante desejada, o terceiro escreve aplicativos de calculadora, em que existe o suficiente, insira as dimensões lineares da sala, e você receberá um relatório gerado com um diagrama de layout. Entre estas últimas, por exemplo, a JBL, que oferece sua própria calculadora para quase todas as séries de produtos. Este, confesso, é o mais cómodo e, quando bem utilizado, dá um resultado rápido e realista. Mas primeiro as coisas mais importantes.

Considero necessário "separar" os prós e os contras dos métodos existentes.

O método, indubitavelmente autônomo e não volátil, é gráfico, semelhante em princípio à construção de um esboço de raio. É necessário conhecer o ângulo de abertura nominal do alto-falante e a altura do teto. O resultado é assim:

Arroz. 1. Cálculo gráfico da inclinação dos alto-falantes de teto. A é a distância do chão aos ouvidos do ouvinte; B é a distância das orelhas ao teto; C é o ângulo de abertura do alto-falante; D é o ponto de intersecção dos feixes dos alto-falantes adjacentes.

Tudo é bastante simples. O ângulo de abertura do alto-falante, a altura dos ouvidos do ouvinte são representados graficamente (costuma-se tomar 1-1,2 metros para uma pessoa sentada e 1,5 metros para uma posição em pé) e o ponto de intersecção da horizontal e raios do ângulo de abertura é considerado o ponto crítico que o feixe do adjacente deve cruzar. Desta forma, o tom dos sistemas de alto-falantes é determinado.

Agora vamos cavar um pouco mais fundo. Sabe-se que o valor do ângulo de abertura especificado no passaporte do alto-falante é nominal, ou seja, média sobre a banda de frequência, determinada pelo fabricante a seu critério. E não é segredo para ninguém que as propriedades direcionais de qualquer radiador real variam muito nas diferentes bandas de frequência. Como resultado, fazemos o cálculo, às vezes sem saber em que faixa foi obtida a cobertura correta. Portanto, colegas, tenham cuidado - tendo feito esse cálculo usando o ângulo de abertura nominal, você pode muito bem obter "pits" em bandas de frequência, por exemplo, acima de 8-10 kHz.

Agora, mais uma nuance. O ângulo de abertura nominal, via de regra, é calculado a partir dos diagramas polares de tal forma que, com um desvio do eixo de radiação de ½ do ângulo de abertura declarado, a queda de pressão será de 6 dB. Além disso, novamente, atenção, a uma distância igual do emissor.

Arroz. 2. Cálculo gráfico da inclinação dos alto-falantes de teto. A é a distância do chão aos ouvidos do ouvinte; B é a distância das orelhas ao teto; C é o ângulo de abertura do alto-falante; D - ponto de queda do nível de pressão sonora em 6 dB

Acontece que no ponto de intersecção da horizontal e da viga, a queda não será mais de 6 dB, mas mais. Bem, está tudo bem, nós nos armamos com uma bússola e resolvemos o problema.

No entanto, isso também está longe de ser tudo. O que você acha, quando cruzamos os feixes dos alto-falantes vizinhos no ponto correto, quanta pressão teremos lá? Tendo 2 ondas com um nível de pressão de -6 dB SPL em relação ao eixo de radiação, podemos adicioná-las de acordo com a regra de soma de energia (L1, página 33) como duas pressões iguais e obter uma soma igual a -3 dB em relação ao eixo. No entanto, essa regra funciona no caso de adição incoerente, ou seja, por exemplo, em distâncias desiguais das fontes, mas no ponto de intersecção dos raios, as ondas são coerentes (em fase), e somente aí elas se somam em todo o espectro, dando um dobro de pressão, ou seja, será praticamente o mesmo que no eixo da radiação. A figura abaixo mostra o resultado do cálculo para um modelo com dois alto-falantes de teto próximos.

Arroz. 3. Cálculo do nível de pressão sonora usando dois alto-falantes de teto na banda de oitava centrada em 500 Hz.

Como resultado, obtém-se a seguinte imagem: a adição coerente de ondas exatamente entre os alto-falantes sempre existe e dá um aumento de até +3 dB em uma área bastante pequena, e literalmente em centímetros a partir desta "costura" as ondas são somadas incoerentemente e uma queda de pressão é observada. E vou explicar imediatamente que não será possível se livrar completamente dessa "costura". Abaixo estão os resultados de simulações acústicas com diferentes tons de alto-falantes.

Arroz. 4. Diagrama de pressão sonora quando as caixas acústicas estão localizadas a 3 metros de altura do chão com um degrau de 1,5 metros. O cálculo é feito em bandas de um terço de oitava de 10 kHz (diagrama inferior) e 400 Hz (diagrama superior).

Arroz. 5. Diagrama de pressão sonora quando os altifalantes estão colocados a 3 metros de altura do chão com um degrau de 3 metros. O cálculo é feito em bandas de um terço de oitava de 10 kHz (diagrama inferior) e 400 Hz (diagrama superior).

Arroz. 6. Diagrama de pressão sonora quando as caixas acústicas estão localizadas a 3 metros de altura do solo e com inclinação de 4,5 metros. O cálculo é feito em bandas de um terço de oitava de 10 kHz (diagrama inferior) e 400 Hz (diagrama superior).

Awl ou sabonete?

Bem, o resultado da simulação mostrou que o resultado que é negativo para a uniformidade da cobertura é tanto um tom de alto-falante muito grande quanto muito pequeno. E uma distância muito pequena é quase um problema mais sério, porque existe um equívoco comum de que, ao colocar os alto-falantes com um tom mínimo, teremos cobertura uniforme em toda a faixa de frequência. Para a região de alta frequência, esta tese é verdadeira, uma vez que qualquer alto-falante possui um padrão de radiação mais estreito na região de alta frequência. E quanto ao somatório incoerente das ondas, graças à interferência na região de baixa frequência, a pressão nos pontos de intersecção dos feixes é garantidamente maior do que diretamente sob o alto-falante, por mais paradoxal que pareça. Além disso, o padrão de interferência mudará em cada ponto e, quanto mais próximos os alto-falantes estiverem um do outro, mais marcantes serão essas mudanças. Então, a cobertura uniforme de alta frequência vale tais sacrifícios? Eu não acho.

Para deixar um pouco mais claro, farei alguns esclarecimentos. Como você sabe, a direcionalidade de uma onda depende de seu comprimento - ondas longas (com uma frequência de 160 Hz e abaixo) são omnidirecionais, ou seja, o ângulo de abertura de qualquer alto-falante em uma frequência de, por exemplo, 80 Hz será igual a 360 graus. No caso de sistemas de teto, é claro, 180 graus. E as ondas curtas têm uma diretividade mais estreita, o que se deve à física do processo de propagação das ondas. Assim, na banda de oitava de 16 kHz, o alto-falante de teto médio pode ter um ângulo de abertura (em -6 dB) de 45-60 graus com o passaporte nominal de 120 graus, em média na faixa de 1 kHz-8 kHz. Acontece que, para evitar "pits sonoros", o cálculo deve ser realizado com base na característica de abertura do alto-falante em altas frequências. Direito. Só que ondas longas não tão estreitamente direcionadas criarão pressão incomparavelmente maior, soma e subtrai muitas vezes, criando as somas e diferenças ilustradas acima com aquele b O Quanto maior a propagação das pressões, mais próximas estão as fontes umas das outras.

Com base no que leu, você tem todo o direito de me acusar de não dar uma resposta óbvia sobre como exatamente posicionar os alto-falantes corretamente. É, mas se houvesse uma resposta definitiva, não haveria necessidade de nossos serviços e qualquer pessoa poderia projetar um sistema de som. É aqui que reside o mestre, como agora é chamado, "design de sistema" - em encontrar uma solução de compromisso, em equilibrar requisitos e condições mutuamente exclusivos.

Quanto ao resto, lindo Marquês, está tudo bem, está tudo bem!

Perfeccionismo não é um traço tão ruim, mas às vezes você precisa de um benchmark alcançável para ser produtivo. E também temos. Numa avaliação quantitativa da uniformidade do campo sonoro, os chamados usados em estatísticas ajudam muito. Desvio padrão (STDev). Não vou me aprofundar na explicação desse conceito - há uma grande chance de ir muito fundo.

Arroz. 7. Desvio padrão

Diante de nós está um gráfico da distribuição de algumas variáveis aleatórias dentro do desvio padrão da expectativa matemática. Vamos tomar isso como base, usando a distribuição dos níveis de pressão sonora em uma sala como uma quantidade.

Agora vamos concordar que o valor de μ na escala horizontal é o valor médio do nível de pressão do som em toda a sala, ou seja, nossa expectativa matemática. Tomamos o valor de σ como 2 dB (-20% + 25% em valor absoluto), uma vez que a distribuição provável dos valores em relação ao esperado pode ser diferente. Agora, nossa tarefa é entender qual intervalo nos satisfará e o que será considerado inaceitável. Se a pressão for a mesma em toda a área medida, o gráfico se tornará uma linha reta. Quanto maior a dispersão dos valores, mais acentuada será a ascensão e queda do gráfico desta função. Portanto, com um campo sonoro bastante uniforme, a maioria dos valores está concentrada perto do valor médio. E nessa cobertura bastante uniforme, podemos considerar a área dentro do 1º desvio padrão, ou seja, se em 68% da área total da sala o nível de pressão flutuar dentro de + -2 dB da média em toda a faixa de frequência, o requisito é atendido. É verdade que essas estatísticas de distribuição de pressão só podem ser vistas realizando um cálculo acústico.

Apesar de tal interpretação não estar fixada nas normas ISO ou AES, na prática ela é frequentemente utilizada e geralmente reflete a realidade, portanto pode servir como uma boa orientação e ponto de partida para você determinar a uniformidade da cobertura da área.

Lembre-se, entretanto, de que a média de um valor em todo o intervalo nem sempre descreve a imagem completa.

Caixa preta

Bem, os alto-falantes de teto parecem estar classificados na medida do possível neste formato. E os sistemas de parede? É tudo tão fácil com eles como costumávamos pensar? Em geral, é muito mais fácil simplesmente porque, como regra, somos extremamente limitados na colocação de alto-falantes de gabinete - paredes, cantos, colunas. Além disso, nem todos os pontos da parede estão disponíveis para a instalação de um alto-falante - em algum lugar, moldura de estuque de design, em algum lugar uma TV, em algum lugar com ventilação e assim por diante.

E uma coisa é quando você precisa soar 100 sq. metros - peguei o ângulo de abertura, espalhei 4 alto-falantes nos cantos, e pronto, o sistema está pronto - mas o que fazer com uma área maior? Procuramos colunas de apoio no meio da sala, regozijamo-nos com a sua presença e as contornamos com altifalantes. Bem, o que fazer - não há opções. Concordo, mas com esclarecimentos. Para obter a resposta, como de costume, vale a pena recorrer à ciência.

Aqui está um exemplo de colocação de alto-falantes em uma sala.

Arroz. 8. Disposição dos alto-falantes de parede nas colunas

Em geral está tudo bem, e com a escolha certa de alto-falantes e instalação correta, não haverá problemas. Olhando para o futuro, direi que todos os esquemas de layout apresentados a seguir têm o direito de existir, mas com algumas reservas.

Se os alto-falantes forem de faixa completa, com uma abertura insana de 150 graus (e isso acontece), colocá-los próximos um do outro criará uma imagem muito interessante da interferência para você. Para não reclamar por muito tempo, desta vez demonstrarei imediatamente o cálculo acústico, já que é difícil chegar a algo mais visual e compreensível para o entendimento.

Arroz. 9. Diagrama do nível de pressão sonora com a localização dos alto-falantes nas colunas na banda de oitava centrada em 500 Hz

Preste atenção nas "pétalas" obtidas - isso é exatamente o resultado da adição e subtração de duas ondas coerentes, e sua localização, é claro, varia dependendo do comprimento de onda. A mesma imagem pode ser observada ao colocar alto-falantes em clusters - para a adição correta das ondas, várias medidas devem ser tomadas tanto durante o projeto quanto durante a afinação, mas essa é uma história completamente diferente. Por precaução, indicarei uma consequência óbvia desse fato: como resultado de uma interferência, o timbre de um programa de som pode ser seriamente distorcido devido à subtração de alguns componentes de frequência. Muitos especialistas, infelizmente, têm certeza de que quaisquer distorções de timbre são corrigidas com a ajuda de um microfone de medição, analisador de espectro e equalizador, e ficam sinceramente surpresos quando tentam "puxar" a frequência perdida durante a interferência ao ajustar a resposta de frequência de o sistema. E nada acontece no gráfico, não importa o quanto você aumente o ganho do filtro - em +6 dB, em +12 dB, mas pelo menos ligue dois equalizadores em série. Simplesmente não há pressão nesta frequência e não há de onde vir se, por uma das muitas razões, a subtração de ondas ocorreu nesta faixa.

E agora vamos aproveitar e tentar nos livrar desses problemas, e até baratear o sistema reduzindo o número de alto-falantes.

Arroz. 10. Disposição dos alto-falantes de parede nas colunas

Arroz. 11. Diagrama do nível de pressão sonora quando os alto-falantes estão localizados nas colunas em toda a faixa de frequência.

Acontece muito bem: os problemas de interferência estão resolvidos, a cobertura na zona entre as colunas está próxima do ideal, a adição de onda coerente também não é crítica. Como opção de orçamento, esse design é bastante viável - o principal é que o espaçamento das colunas permite que você se mantenha dentro do desvio padrão. Mas ainda há uma certa nuance. E sua raiz está profundamente enterrada na ciência fundamental.

Devido à fisiologia da audição e, provavelmente, da evolução, o homem é capaz de localizar eventos sonoros, ou seja, para determinar de onde a onda sonora veio - essa habilidade simplesmente teve que ser desenvolvida para a sobrevivência. Mas e quando há muitas ondas sonoras, como, por exemplo, em uma caverna primitiva, onde, além de direcionar o som da fonte, incontáveis reflexos chegam de todas as direções? Muito simples. Foi o suficiente para desenvolver a habilidade de determinar a direção da primeira onda, que chegará inequivocamente ao caminho mais curto diretamente da boca condicional de um predador, e qualquer reflexão certamente irá por um caminho mais longo e virá com um certo atraso. Este fenômeno é descrito pela Lei da Primeira Frente de Onda (também conhecida como Efeito de Precedência). Na presença de várias ondas idênticas chegando com atraso, o cérebro determina a direção exclusivamente pela primeira onda, mesmo que a segunda e as subsequentes tenham nível superior (excedendo até 10 dB) e cheguem com atraso de até 30 em. Você pode ler mais sobre esse efeito divertido e sua descrição na literatura sobre psicoacústica.

Então, do que se trata tudo isso? Agora vamos simular um ouvinte se movendo ao longo da sala em um caminho reto e ver como a localização do som mudará para ele. No processo de passar pelo primeiro alto-falante, uma pessoa ouvirá claramente o som à esquerda, à medida que se aproxima do limite condicional da abertura, a proporção das intensidades de onda à esquerda e à direita muda, uma vez que o segundo alto-falante aparece em o campo de visão. Nosso objeto atingiu um ponto de distância igual entre os alto-falantes e as duas ondas foram adicionadas de forma coerente, dando +3 dB para o nível de pressão, e a localização do som instantaneamente saltou para um ponto de distância igual entre as fontes, ou seja, exatamente onde a cabeça do objeto está no momento. E a próxima etapa mudará drasticamente o evento de som para a direita, já que a onda da segunda fonte virá primeiro.

Em princípio, não há nada de crítico nisso. Mas se os clientes devem se mover constantemente pela área, como, por exemplo, em uma loja, eles se sentirão confortáveis ouvindo o som que salta de um ponto a outro? Nem todo ouvinte analisa as causas de seu desconforto e as associa ao som, a percepção do ambiente para ele é inconsciente e consiste na totalidade de todas as sensações - visuais, auditivas, táteis e outras. E basta que pelo menos um deles cause desconforto, para que os demais sejam insignificantes e para que a impressão subjetiva se estrague.

Na linha de chegada

Talvez, as principais questões do cálculo da localização dos alto-falantes tenham sido consideradas, mas não seria totalmente honesto da minha parte não mencionar que quase todos esses cálculos levam em consideração a energia da onda direta do emissor. E em salas reais, preenchidas não apenas com som direto, mas também com inúmeras reflexões, subtrações de interferência, é claro, não criarão pontos com pressão sonora nula. As ondas refletidas irão neutralizar um pouco as quedas e subidas, é claro, sem eliminá-las completamente, e irão melhorar significativamente a uniformidade da cobertura, compensando a falta de som direto em pontos remotos de sua fonte.

A propósito, um dos métodos interessantes de criar um som de fundo não localizável do sistema é baseado no uso de reverberação ambiente para beneficiar o som de fundo. Consiste na localização de todos os sistemas de alto-falantes "voltados" para o teto. Este arranjo salva quase completamente o ouvinte do som direto do alto-falante, toda a energia que ele recebe é uma grande quantidade de ondas refletidas de todas as direções. Um efeito extremamente interessante é obtido em termos de espacialidade do som. A única desvantagem dessa solução é a limitação de conteúdo. Música pop ou rock acelerada que não foi projetada para um impacto tão severo de reverberação provavelmente não soará bem em tal sistema.

P.S. E o que, sem um cabo não vai cantar?

Apesar da aparente importância secundária da questão das rotas dos cabos, é difícil superestimar a importância do cabo do alto-falante (acústico) para qualquer sistema de som. Digo isso com total confiança, porque, infelizmente, na minha prática nem sempre é possível ditar ao cliente qual cabo comprar, e isso às vezes leva a cenas silenciosas no estilo do Inspetor Geral Chekhoviano, quando o objeto descobre que um sistema de som foi colocado cabo ShVVP. Em resposta à minha pergunta, recebo uma resposta bastante razoável - “Bem, funciona!”. Trabalho. Ele só funciona de uma maneira que não funcionaria melhor. Em geral, você entende ...

E é por isso que estou apresentando um método para calcular a seção transversal do cabo. Aqueles de vocês para os quais isso é óbvio, e que sabem perfeitamente como tais cálculos são feitos, podem pular com segurança esta parte do artigo - eu não darei nada novo e até agora desconhecido para a ciência. Mas se de repente você encontrou pela primeira vez a necessidade de calcular, então esta informação será útil em vista de sua aplicabilidade aplicada.

Cálculo da corrente efetiva:

Cálculo da potência efetiva alocada à carga:

Linha 100V.

Cálculo da impedância total dos alto-falantes da linha:
,Onde

Número de alto-falantes por linha
- potência nominal de um alto-falante (configuração Tap)

O resto dos cálculos são executados de forma semelhante às linhas de baixa resistência.

A resistência de carga total em uma linha de 100 volts, como você pode ver, geralmente resulta em pelo menos 1000 ohms. Com uma resistência de ohm unitário tão alta, as resistências do cabo têm pouco efeito sobre a resistência total da linha e, portanto, aumentam ligeiramente a perda de energia em comparação com uma conexão de baixa resistência.

Agora um pouco sobre a interpretação dos resultados. Como você sabe quanta perda de energia é aceitável? Em geral, o valor limite para a queda no nível de potência no cabo é considerado 0,5 dB. Isso corresponde a uma perda de 10% em relação à potência nominal. Por exemplo, para um alto-falante de 8 ohms com uma classificação admissível de 1 kW, a queda máxima de acordo com essas normas, a potência atinge uma linha com uma seção transversal de 2,5 mm² e um comprimento de 30 metros. Depende de você decidir muito ou pouco, é claro, e a decisão aqui depende da situação específica, mas a prática mostra que aumentar a seção transversal do cabo de 2,5 m2 para, por exemplo, 4 m2 não aumentará significativamente o custo da instalação. Portanto, eu sempre recomendo manter 0,5 dB, porque isso não é nada difícil de fazer. E por que deveríamos perder preciosos Watts na linha quando podemos maximizar a eficiência do sistema?

E embora os requisitos para linhas de transmissão sejam significativamente menores, usar o cabo certo o ajudará a fazer seu sistema funcionar com mais eficiência. Além disso, se na sua prática você não realizou experimentos para avaliar a qualidade do som em diferentes cabos (todas as outras coisas sendo iguais), então acredite, o efeito da seção transversal do cabo no som é realmente perceptível por orelha. Isso é especialmente verdadeiro para a região de baixa frequência - a faixa, durante a transmissão da qual a maior potência é desenvolvida, e que exige mais corrente e fator de dumping.

Portanto, usando a analogia tão amada por muitos, não vamos derramar 92ª gasolina no Mercedes Classe S e depois nos perguntar por que o desempenho declarado não é alcançado.

Como você pode ver pelas fórmulas, a única quantidade que permanece desconhecida para o cálculo do cabo é sua resistência, expressa em ohms / km. Seu significado pode ser encontrado na especificação do cabo. Para fazer isso, primeiro você deve escolher a seção transversal do cabo, tomar o valor da resistência correspondente, substituí-lo na fórmula e realizar o cálculo. Se você obtiver um excesso de queda de potência, ou vice-versa, a seção transversal acaba sendo excessiva, você terá que escolher um cabo de seção transversal diferente e retornar ao ponto inicial do cálculo. Eu geralmente recomendo iniciar o cálculo com uma seção transversal de 2x2,5 sq. Mm (7,5-8 Ohm / km) para linhas de baixa impedância e 2x1,5 sq. Mm (cerca de 13 Ohm / km) para linhas de transformador. Claro, isso fará com que você gaste algum tempo no cálculo, mas por conveniência, você pode criar uma calculadora no Excel, adicionando lá fórmulas e valores de resistência de cabos de seções transversais diferentes - isso levará algum tempo uma vez, mas eliminará a necessidade de cálculos manuais no futuro.

Agradecemos a DIGIS pelos materiais fornecidos

1. Sistema de som PC

O sistema de som do PC na forma de placa de som surgiu em 1989, expandindo significativamente as capacidades do PC como meio técnico de informatização.

Sistema de som do PC - um conjunto de software e hardware que executa as seguintes funções:

gravar sinais de áudio de fontes externas, como um microfone ou gravador, convertendo os sinais de áudio analógico de entrada em sinais digitais e armazenando-os no disco rígido;

reprodução de dados de áudio gravados usando um sistema de alto-falante externo ou fones de ouvido (fones de ouvido);

reprodução de CDs de áudio;

mixagem (mixagem) ao gravar ou reproduzir sinais de fontes múltiplas;

gravação e reprodução simultâneas de sinais de áudio (modo CheioDuplex);

processamento de sinais sonoros: edição, combinação ou divisão de fragmentos de sinal, filtragem, alteração do seu nível;

processamento do sinal de som de acordo com os algoritmos de surround (tridimensional - 3 D- Som) soando;

geração de sons de instrumentos musicais, bem como da fala humana e outros sons com o auxílio de um sintetizador;

controle da operação de instrumentos musicais eletrônicos externos por meio de uma interface MIDI especial.

O sistema de som do PC é constituído de placas de som construtivas, instaladas no slot da placa-mãe ou integradas na placa-mãe ou placa de expansão de outro subsistema do PC. Módulos funcionais separados do sistema de som podem ser implementados na forma de placas-filha instaladas nos conectores correspondentes da placa de som.

Um sistema de som clássico, conforme mostrado na fig. 5.1, contém:

Módulo de gravação e reprodução de som;

módulo sintetizador;
módulo de interface;
módulo de misturador;
sistema de auto-falantes.

Os primeiros quatro módulos geralmente são instalados em uma placa de som. Além disso, existem placas de som sem módulo de sintetizador ou módulo de gravação / reprodução de som digital. Cada um dos módulos pode ser feito como um microcircuito separado ou como parte de um microcircuito multifuncional. Assim, um chipset de um sistema de som pode conter vários e um microcircuito.

O design do sistema de som do PC está passando por mudanças significativas; existem placas-mãe com um chipset instalado para processamento de som.

No entanto, a finalidade e as funções dos módulos de um sistema de som moderno (independentemente de seu design) não mudam. Ao considerar os módulos funcionais de uma placa de som, é comum usar os termos "sistema de som do PC" ou "placa de som".

2. Módulo de gravação e reprodução

O módulo de gravação e reprodução do sistema de som realiza conversões analógico-digital e digital-analógico no modo de transmissão de dados de áudio por software ou sua transmissão via canais DMA (DiretoMemóriaAcesso- canal de acesso direto à memória).

O som, como você sabe, são ondas longitudinais que se propagam livremente no ar ou outro meio, portanto, o sinal sonoro está continuamente mudando no tempo e no espaço.

A gravação de som é o armazenamento de informações sobre as flutuações da pressão sonora no momento da gravação. Atualmente, os sinais analógicos e digitais são usados para gravar e transmitir informações sobre o som. Em outras palavras, o sinal de áudio pode ser analógico ou digital.

Se, durante a gravação de som, for usado um microfone que converte um sinal sonoro contínuo em um sinal elétrico contínuo, o sinal sonoro é obtido na forma analógica. Uma vez que a amplitude da onda sonora determina a intensidade do som, e sua frequência determina a altura do tom do som, a fim de preservar informações confiáveis sobre o som, a voltagem do sinal elétrico deve ser proporcional à pressão do som, e sua freqüência deve corresponder à freqüência das oscilações da pressão sonora.

Na maioria dos casos, um sinal de áudio é fornecido à entrada de uma placa de som de PC em formato analógico. Como o PC opera apenas com sinais digitais, o sinal analógico deve ser convertido para digital. Ao mesmo tempo, o sistema acústico instalado na saída da placa de som do PC percebe apenas os sinais elétricos analógicos, portanto, após o processamento do sinal no PC, é necessário reverter o sinal digital para analógico.

Conversão analógica para digital representa a conversão de um sinal analógico em digital e consiste nas seguintes etapas principais: amostragem, quantização e codificação. Um diagrama de conversão analógico-digital de um sinal de áudio é mostrado na Fig. 5,2

O sinal de áudio analógico é alimentado preliminarmente a um filtro analógico, que limita a largura de banda do sinal.

A amostragem de sinal consiste na amostragem de amostras de um sinal analógico com uma frequência especificada e é determinada pela frequência de amostragem. Além disso, a frequência de amostragem deve ser pelo menos duas vezes a frequência do harmônico mais alto (componente de frequência) do sinal de áudio original. Uma vez que uma pessoa é capaz de ouvir sons na faixa de frequência de 20 Hz a 20 kHz, a frequência de amostragem máxima do sinal de áudio original deve ser de pelo menos 40 kHz, ou seja, são necessárias 40.000 amostras por segundo. Portanto, na maioria dos sistemas de som de PC modernos, a taxa máxima de amostragem de áudio é 44,1 ou 48 kHz.

A quantização da amplitude é uma medida de valores instantâneos da amplitude de um sinal discreto no tempo e sua transformação em um sinal discreto no tempo e na amplitude. Na fig. 5.3 mostra o processo de quantizar o nível de um sinal analógico, e os valores instantâneos da amplitude são codificados em números de 3 bits.

A codificação consiste em converter o sinal quantizado em um código digital. Nesse caso, a precisão da medição durante a quantização depende do número de bits de palavra-código. Se os valores de amplitude são escritos usando números binários e o comprimento da palavra de código é definido N bits, o número de valores possíveis de palavras-código será igual a 2 N . O mesmo número de níveis de quantização da amplitude de referência pode ser. Por exemplo, se o valor de amplitude da amostra é representado por uma palavra de código de 16 bits, o número máximo de gradações de amplitude (níveis de quantização) será 2 16 = 65 536. Para uma representação de 8 bits, respectivamente, obtemos 2 8 = 256 gradações de amplitude.

A conversão analógica para digital é realizada por um dispositivo eletrônico especial - conversão analógico para digitaltelem(ADC), em que amostras de sinais discretos são convertidos em uma sequência de números. O fluxo recebido de dados digitais, ou seja, o sinal inclui interferência de alta frequência desejada e indesejada, para filtrar quais dados digitais recebidos passam por um filtro digital.

Conversão D / A geralmente ocorre em dois estágios, como mostrado na Fig. 5,4 No primeiro estágio, amostras do sinal com a frequência de amostragem são extraídas do fluxo de dados digitais usando um conversor digital para analógico (DAC). No segundo estágio, um sinal analógico contínuo é formado a partir de amostras discretas por suavização (interpolação) usando um filtro de baixa frequência, que suprime os componentes periódicos do espectro do sinal discreto.

Gravar e armazenar áudio em formato digital requer uma grande quantidade de espaço em disco. Por exemplo, um sinal de áudio estéreo com duração de 60 segundos, digitalizado a uma taxa de amostragem de 44,1 kHz com quantização de 16 bits, requer cerca de 10 MB no disco rígido para armazenamento.

Para reduzir a quantidade de dados digitais necessários para representar um sinal de áudio com uma determinada qualidade, utiliza-se a compressão (compressão), que consiste em reduzir (O número de amostras e níveis de quantização ou o número de bits, quando eu preparado para uma contagem.

Esses métodos de codificação de dados de áudio usando dispositivos de codificação especiais podem reduzir o volume do fluxo de informações em quase 20% do original. A escolha do método de codificação ao gravar informações de áudio depende do conjunto de programas de compressão - codecs (codificação-decodificação) fornecidos com o software da placa de som ou incluídos no sistema operacional.

Desempenhando as funções de conversão de sinal analógico para digital e digital para analógico, o módulo de gravação e reprodução de áudio digital contém um ADC, DAC e uma unidade de controle, que geralmente são integrados em um único microcircuito, também chamado de codec. As principais características deste módulo são: taxa de amostragem; tipo e capacidade de ADC e DAC; método de codificação de dados de áudio; a capacidade de trabalhar no modo CheioDuplex.

A taxa de amostragem determina a frequência máxima do sinal a ser gravado ou reproduzido. Para gravar e reproduzir a fala humana, 6 - 8 kHz é suficiente; música de baixa qualidade - 20 - 25 kHz; para som de alta qualidade (CD de áudio), a taxa de amostragem deve ser de pelo menos 44 kHz. Quase todas as placas de som suportam a gravação e reprodução de um sinal de áudio estéreo com uma taxa de amostragem de 44,1 ou 48 kHz.

A largura de bits do ADC e DAC determina a profundidade de bits do sinal digital (8, 16 ou 18 bits). A grande maioria das placas de som são equipadas com ADCs e DACs de 16 bits. Essas placas de som podem teoricamente ser classificadas como hi-fi, o que deve fornecer qualidade de som de estúdio. Algumas placas de som são equipadas com ADCs e PAPs de 20 ou mesmo 24 bits, o que melhora significativamente a qualidade da gravação / reprodução de som.

CheioDuplex(full duplex) é um modo de transmissão de dados de canal, de acordo com o qual o sistema de som pode receber (gravar) e transmitir (reproduzir) dados de áudio simultaneamente. No entanto, nem todas as placas de som suportam este modo por completo, uma vez que não fornecem som de alta qualidade durante a troca intensiva de dados. Esses cartões podem ser usados para trabalhar com dados de voz na Internet, por exemplo, durante teleconferências, quando não há necessidade de som de alta qualidade.

3. Módulo sintetizador

Sintetizador digital eletromusical do sistema de som permite gerar quase qualquer som, incluindo o som de instrumentos musicais reais. O princípio de operação do sintetizador é ilustrado na Fig. 5.5.

Síntese é o processo de recriar a estrutura de um tom musical (nota). O sinal sonoro de qualquer instrumento musical tem várias fases de tempo. Na fig. 5.5, a mostra as fases do sinal sonoro que ocorre quando uma tecla de piano é pressionada. Para cada instrumento musical, o tipo de sinal será único, mas nele podem ser distinguidas três fases: ataque, suporte e decadência. A combinação dessas fases é chamada de envelope de amplitude, cuja forma depende do tipo de instrumento musical. A duração do ataque para diferentes instrumentos musicais varia de unidades a várias dezenas ou mesmo centenas de milissegundos. Em uma fase chamada suporte, a amplitude do sinal permanece quase inalterada, e a altura do tom musical é formada durante o suporte. A última fase, a atenuação, corresponde a uma seção de uma diminuição bastante rápida na amplitude do sinal.

Nos sintetizadores modernos, o som é criado da seguinte maneira. Um dispositivo digital utilizando um dos métodos de síntese gera um chamado sinal de excitação com uma determinada altura (nota), que deve ter características espectrais o mais próximas possível das características do instrumento musical simulado na fase de suporte, como mostrado na Fig. 5,5, b. Em seguida, o sinal de excitação é alimentado a um filtro que simula a resposta de frequência de um instrumento musical real. O sinal do envelope de amplitude do mesmo instrumento é alimentado para a outra entrada do filtro. Além disso, o conjunto de sinais é processado para obter efeitos sonoros especiais, por exemplo, eco (reverberação), execução coral (ho-rus). Em seguida, a conversão digital para analógico e a filtragem do sinal são realizadas usando um filtro passa-baixa (LPF). Principais recursos do módulo sintetizador:

Método de síntese de som;

Memória;

Possibilidade de processamento de sinais por hardware para criação de efeitos sonoros;

Método de síntese de som, usado no sistema de som do PC, determina não só a qualidade do som, mas também a composição do sistema. Na prática, os sintetizadores são instalados em placas de som que geram som usando os métodos a seguir.

Método de Síntese de Modulação de Frequência (FrequênciaModulaçãoSíntese- síntese FM) envolve o uso de pelo menos dois geradores de sinal de formas complexas para gerar a voz de um instrumento musical. O gerador de frequência portadora gera um sinal de tom fundamental, modulado em frequência por um sinal de harmônicos adicionais, sobretons que determinam o timbre de um determinado instrumento. O gerador de envelope controla a amplitude do sinal resultante. O gerador de FM oferece uma qualidade de som aceitável, é barato, mas não oferece efeitos sonoros. Portanto, as placas de som que usam esse método não são recomendadas de acordo com o padrão PC99.

Síntese de som baseada na tabela de ondas (AcenoMesaSíntese - WT-síntese) é produzida usando amostras de som pré-digitalizadas de instrumentos musicais reais e outros sons armazenados em um ROM especial, feito na forma de um chip de memória ou integrado em um chip de memória gerador WT. O sintetizador WT fornece geração de som de alta qualidade. Este método de síntese é implementado em placas de som modernas.

Memória em placas de som com um sintetizador WT, pode ser aumentado instalando elementos de memória adicionais (ROM) para armazenar bancos com instrumentos.

Efeitos sonoros são formados com a ajuda de um processador de efeitos especiais, que pode ser um elemento independente (microcircuito), ou ser integrado ao sintetizador WT. Para a grande maioria das placas sintetizadas com WT, reverb e chorus agora são padrão. A síntese de som baseada em modelagem física envolve o uso de modelos matemáticos de produção de som de instrumentos musicais reais para geração digital e para posterior conversão em um sinal de áudio usando um DAC. As placas de som que usam modelagem física ainda não estão difundidas porque requerem um PC poderoso para funcionar.

4. Módulo de interface

O módulo de interface fornece troca de dados entre o sistema de som e outros dispositivos externos e internos.

InterfaceÉ UM em 1998 foi suplantado nas placas de som pela interface PCI.

InterfacePCI fornece uma ampla largura de banda (por exemplo, versão 2.1 - mais de 260 Mbps), que permite a transmissão de fluxos de dados de áudio em paralelo. O uso do barramento PCI permite melhorar a qualidade do som, fornecendo uma relação sinal-ruído de mais de 90 dB. Além disso, o barramento PCI permite o processamento cooperativo de dados de áudio, onde as tarefas de processamento e transmissão são compartilhadas entre o sistema de áudio e a CPU.

MIDI (MusicalInstrumentoDigitalInterface- interface digital de instrumentos musicais) é regulada por um padrão especial contendo especificações para a interface de hardware: tipos de canais, cabos, portas através das quais dispositivos MIDI são conectados entre si, bem como uma descrição da ordem de troca de dados - a protocolo para troca de informações entre dispositivos MIDI. Em particular, usando comandos MIDI, você pode controlar o equipamento de iluminação, equipamento de vídeo durante a apresentação de um grupo musical no palco. Dispositivos com interface MIDI são conectados em série, formando uma espécie de rede MIDI, que inclui um controlador - um dispositivo de controle, que pode ser usado como um PC e um sintetizador de teclado musical, bem como dispositivos escravos (receptores) que transmitem informações ao controlador por meio de seu pedido. O comprimento total da cadeia MIDI não é limitado, mas o comprimento máximo do cabo entre dois dispositivos MIDI não deve exceder 15 metros.

A conexão de um PC a uma rede MIDI é realizada por meio de um adaptador MIDI especial, que possui três portas MIDI: entrada, saída e passagem de dados, além de dois conectores para conectar joysticks.

A placa de som inclui uma interface para conectar unidades de CD-ROM.
5. Módulo misturador

O módulo de mixagem da placa de som executa:

comutação (conexão / desconexão) de fontes e receptores de sinais sonoros, bem como regulação de seu nível;

mixagem (mixagem) de vários sinais de áudio e ajuste do nível do sinal resultante.

As principais características do módulo de mixer são:

o número de sinais misturados no canal de reprodução;
regulação do nível do sinal em cada canal de mixagem;
regulação do nível total do sinal;
potência de saída do amplificador;
a presença de conectores para conectar receptores / fontes externas e internas de sinais de áudio.

Fontes e coletores de áudio são conectados ao módulo do mixer por meio de conectores externos ou internos. Os conectores externos para o sistema de som geralmente estão localizados no painel traseiro da unidade do sistema: Controle de video game/ MIDI - para conectar um joystick ou adaptador MIDI; MicrofoneNo- para conectar um microfone; LinhaNo- entrada de linha para conectar quaisquer fontes de sinais de áudio; LinhaFora- saída de linha para conectar quaisquer receptores de sinais de áudio; Alto falante- para conectar fones de ouvido (fones de ouvido) ou sistema de alto-falante passivo.

O controle do software do mixer é realizado por meio do Windows ou usando o programa do mixer fornecido com o software da placa de som.

A compatibilidade de um sistema de som com um dos padrões da placa de som significa que o sistema de som fornecerá reprodução de som de alta qualidade. Problemas de compatibilidade são especialmente importantes para aplicativos DOS. Cada um deles contém uma lista de placas de som com as quais o aplicativo DOS foi projetado para funcionar.

PadrãoSomBlaster suporta aplicativos de jogos DOS nos quais a trilha sonora é programada para a família de placas de som Sound Blaster.

PadrãojanelasSomSistema(WSS) A Microsoft inclui uma placa de som e um pacote de software focado principalmente em aplicativos de negócios.

6. Sistema acústico

O sistema de alto-falantes (AC) converte diretamente o sinal elétrico de som em vibrações acústicas e é o último elo no caminho de reprodução de som.

A estrutura do alto-falante, via de regra, inclui vários alto-falantes, cada um dos quais podendo ter um ou mais alto-falantes. O número de alto-falantes em um alto-falante depende do número de componentes que compõem o sinal de áudio e formam canais de áudio separados.

Por exemplo, um sinal estéreo contém dois componentes, os canais estéreo esquerdo e direito, o que requer pelo menos dois alto-falantes em um sistema de alto-falantes estéreo. O áudio Dolby Digital contém informações para seis canais de áudio: dois canais estéreo frontais, um canal central (canal de diálogo), dois canais traseiros e um canal de subwoofer. Portanto, um sistema de alto-falantes deve ter seis alto-falantes para reproduzir um sinal Dolby Digital.

Via de regra, o princípio de funcionamento e a estrutura interna dos alto-falantes de som para uso doméstico e os usados em meios técnicos de informatização como parte de um sistema de alto-falantes de PC praticamente não diferem.

Basicamente, um alto-falante de PC consiste em dois alto-falantes que fornecem reprodução estéreo. Normalmente, cada alto-falante em um alto-falante de PC tem um alto-falante, no entanto, os modelos caros usam dois: para altas e baixas frequências. Ao mesmo tempo, os modelos modernos de sistemas acústicos permitem reproduzir o som em quase toda a faixa de frequência audível, devido ao uso de um design especial da caixa ou dos alto-falantes.

Para reproduzir frequências baixas e ultrabaixas com alta qualidade nos alto-falantes, além de dois alto-falantes, uma terceira unidade de som é usada - um subwoofer (Subwoofer), instalado sob a área de trabalho. Este alto-falante de três peças para PC consiste em dois chamados alto-falantes satélite que reproduzem frequências médias e altas (aproximadamente 150 Hz a 20 kHz) e um subwoofer que reproduz frequências abaixo de 150 Hz.

Uma característica distintiva dos alto-falantes do PC é a capacidade de ter seu próprio amplificador de potência embutido. Um alto-falante com um amplificador embutido é chamado ativo. Passiva O alto-falante não tem amplificador.

A principal vantagem de um alto-falante ativo é a capacidade de se conectar à saída de linha de uma placa de som. O alto-falante ativo é alimentado por baterias (acumuladores) ou pela rede elétrica por meio de um adaptador especial, feito em forma de bloco externo separado ou módulo de potência instalado no caso de um dos alto-falantes.

A potência de saída dos sistemas de alto-falantes do PC pode variar amplamente, dependendo das especificações do amplificador e dos alto-falantes. Se o sistema for projetado para

jogos de computador com som, potência suficiente de 15-20 W por alto-falante para uma sala de tamanho médio. Caso seja necessário garantir uma boa audibilidade durante uma palestra ou apresentação para um grande público, é possível utilizar um alto-falante com potência de até 30 W por canal. Com um aumento na potência do alto-falante, suas dimensões gerais aumentam e o custo aumenta.

Os modelos modernos de sistemas de alto-falantes possuem um conector para fones de ouvido, quando conectados, a reprodução do som pelos alto-falantes é interrompida automaticamente.

As principais características do alto-falante: banda de frequência, sensibilidade, distorção harmônica, potência.

Banda de resposta de frequência (FrequencyRespon se) é a dependência amplitude-frequência da pressão do som, ou a dependência da pressão do som (potência do som) na frequência da voltagem alternada fornecida à bobina do alto-falante. A banda de frequência percebida pelo ouvido humano está na faixa de 20 a 20.000 Hz. Os alto-falantes, via de regra, têm uma faixa limitada na faixa de baixa frequência de 40 - 60 Hz. Para resolver o problema de reprodução de baixas frequências, o uso de um subwoofer permite.

Sensibilidade do alto-falante (Sensibilidade) caracterizado pela pressão sonora que cria a uma distância de 1 m quando um sinal elétrico com uma potência de 1 W é aplicado em sua entrada. De acordo com os requisitos das normas, a sensibilidade é definida como a pressão sonora média em uma determinada faixa de frequência.

Quanto mais alto o valor dessa característica, melhor o alto-falante reproduz a faixa dinâmica do programa de música. A diferença entre os sons "mais baixos" e "mais altos" dos fonogramas modernos é de 90-95 dB ou mais. Alto-falantes com alta sensibilidade reproduzem sons altos e baixos muito bem.

Coeficiente harmônico (TotalHarmônicoDistorção- THD) avalia distorções não lineares associadas ao aparecimento de novos componentes espectrais no sinal de saída. A distorção harmônica é padronizada em várias faixas de frequência. Por exemplo, para alto-falantes Hi-Fi de alta qualidade, essa proporção não deve exceder: 1,5% na faixa de frequência de 250-1000 Hz; 1,5% na faixa de frequência 1000-2000 Hz e 1,0% na faixa de frequência 2000-6300 Hz. Quanto mais baixo for o valor da distorção harmônica, melhor será o alto-falante.

Energia elétrica (PoderManuseio), que o alto-falante pode suportar é uma das principais características. No entanto, não existe uma relação direta entre a potência e a qualidade de reprodução do som. A pressão sonora máxima depende de

em vez disso, na sensibilidade, e a potência do alto-falante determina principalmente sua confiabilidade.

Muitas vezes, na embalagem dos alto-falantes do PC, é indicado o valor da potência de pico do sistema de alto-falantes, o que nem sempre reflete a potência real do sistema, uma vez que pode exceder a potência nominal em 10 vezes. Devido à diferença significativa nos processos físicos que ocorrem durante os testes do AU, os valores das potências elétricas podem diferir várias vezes. Para comparar a potência de vários alto-falantes, você precisa saber qual potência é indicada pelo fabricante do produto e por quais métodos de teste ela é determinada.

Entre os fabricantes de alto-falantes caros e de alta qualidade estão Creative, Yamaha, Sony, Aiwa. AC de uma classe inferior são produzidos por Genius, Altec, JAZZ Hipster.

Alguns modelos de alto-falantes da Microsoft não são conectados a uma placa de som, mas a uma porta USB. Neste caso, o som entra nas caixas de som de forma digital, e sua decodificação é realizada por um pequeno Chipset instalado nas caixas de som.
7. Instruções para melhorar o sistema de som

Intel, Compaq e Microsoft já propuseram uma nova arquitetura para o sistema de som do PC. De acordo com essa arquitetura, os módulos de processamento de sinais de áudio são retirados do gabinete do micro, onde ficam expostos a ruídos elétricos, e são colocados, por exemplo, nas caixas de som do sistema de alto-falantes. Nesse caso, os sinais de áudio são transmitidos em formato digital, o que aumenta significativamente sua imunidade a ruídos e a qualidade de reprodução do som. Para a transferência de dados digitais em formato digital, é fornecido o uso de barramentos de alta velocidade USB e SHEE 1394.

Outra direção para melhorar o sistema de som é a criação de som surround (espacial), denominado tridimensional, ou som 3D (TrêsDimensionalSom). Para alcançar o som surround, é executado um processamento especial de fase do sinal: as fases dos sinais de saída dos canais esquerdo e direito são deslocadas em relação ao original. Nesse caso, a propriedade do cérebro humano é usada para determinar a posição da fonte sonora, analisando a relação das amplitudes e fases do sinal sonoro percebido por cada ouvido. O usuário de um sistema de som equipado com um módulo especial de processamento de som 3D sente o efeito de "mover" a fonte de som.

Uma nova direção para o uso de tecnologias multimídia é a criação de um home theater baseado em um PC (PC- Teatro), Essa. versão de um PC multimídia destinado a vários usuários ao mesmo tempo para assistir ao jogo,

assistir a um programa educacional ou filme no padrão DVD. O PC-Theater inclui um sistema de alto-falantes multicanal especial que cria som surround (SurroundSom). Os sistemas de som surround criam uma variedade de efeitos sonoros em uma sala, com a sensação do usuário de que estão no centro do campo sonoro e das fontes sonoras ao seu redor. Sistemas de som surround multicanal são usados em cinemas e já estão começando a surgir como dispositivos de consumo.

Em sistemas domésticos multicanais, o som é gravado em duas trilhas de discos de vídeo a laser ou fitas de vídeo usando a tecnologia Dolby Surround desenvolvida pela Dolby Laboratories. Os desenvolvimentos mais famosos nesta área incluem:

Dolby (Surround) PróLógica- um sistema de som de quatro canais contendo canais estéreo esquerdo e direito, um canal central para o diálogo e um canal traseiro para efeitos.

DolbySurroundDigital- um sistema de som composto por 5 + 1 canais: canais esquerdo, direito, central, esquerdo e direito dos efeitos traseiros e um canal de frequência ultrabaixa. Os sinais para o sistema são gravados na forma de um fonograma óptico digital em filme.

Em alguns modelos de alto-falantes, além dos controles padrão para altas / baixas frequências, volume e balanço, existem botões para ativar efeitos especiais, por exemplo, som 3D, Dolby Surround, etc.

Perguntas de controle

Quais são as principais funções de um sistema de som de PC?

Quais são os principais componentes de um sistema de som de PC?

Com base em quais considerações a frequência de amostragem do sinal é alocada no processo de conversão analógico-digital?

Liste as principais etapas para conversão analógico para digital e digital para analógico.

Quais são os principais parâmetros do módulo de gravação e reprodução de som?

Que métodos de síntese de som são usados?

Quais são as funções do módulo mixer e quais são suas principais características?

Qual é a diferença entre um sistema de alto-falantes passivo e um ativo?

1. SônicosistemaPC

O sistema de som do PC na forma de placa de som surgiu em 1989, expandindo significativamente as capacidades do PC como meio técnico de informatização.

Sistema de som do PC - um complexo de software e hardware que executa as seguintes funções:

gravar sinais de áudio de fontes externas, como um microfone ou gravador, convertendo os sinais de áudio analógico de entrada em sinais digitais e armazenando-os no disco rígido;
reprodução de dados de áudio gravados usando um sistema de alto-falante externo ou fones de ouvido (fones de ouvido);
reprodução de CDs de áudio;
mixagem (mixagem) ao gravar ou reproduzir sinais de fontes múltiplas;
gravação e reprodução simultâneas de sinais de áudio (modo Full duplex);
processamento de sinais sonoros: edição, combinação ou divisão de fragmentos de sinal, filtragem, alteração do seu nível;
processamento do sinal de som de acordo com os algoritmos de surround (tridimensional - 3D-Sound) soando;
gerar com a ajuda de um sintetizador o som de instrumentos musicais, bem como a fala humana e outros sons;
controle da operação de instrumentos musicais eletrônicos externos por meio de uma interface MIDI especial.
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Um sistema de som clássico, conforme mostrado na Figura 1, contém:

Estrutura do sistema de som do PC

Módulo de gravação e reprodução de som:
módulo sintetizador;
módulo de interface;
módulo de misturador;
sistema de auto-falantes.

Os primeiros quatro módulos geralmente são instalados em uma placa de som. Além disso, existem placas de som sem módulo de sintetizador ou módulo de gravação de reprodução de som digital. Cada um dos módulos pode ser feito como um microcircuito separado ou como parte de um microcircuito multifuncional. Assim, um chipset de um sistema de som pode conter vários e um microcircuito.

O design do sistema de som do PC está passando por mudanças significativas; existem placas-mãe com um chipset instalado para processamento de som.

2. Móduloregistrosereprodução

O módulo de gravação e reprodução do sistema de som realiza conversões analógico-digital e digital-analógico no modo de transmissão de dados de áudio por software ou sua transmissão por meio de canais DMA (Acesso direto à memória — Canal DMA).

Somé conhecido por ser ondas longitudinais, espalhando-se livremente no ar ou outro ambiente, portanto, o sinal de som está mudando continuamente no tempo e no espaço.

Gravação de som- este é o armazenamento de informações sobre flutuações na pressão sonora no momento da gravação. Atualmente, os sinais analógicos e digitais são usados para gravar e transmitir informações sobre o som. Em outras palavras, o sinal de áudio pode ser representado em analógico ou digital .

representa a conversão de um sinal analógico em digital e consiste nas seguintes etapas principais: amostragem, quantização e codificação. Um diagrama de conversão analógico-digital de um sinal de áudio é mostrado na Fig. 2

O sinal de áudio analógico é alimentado preliminarmente a um filtro analógico, que limita a largura de banda do sinal.

Amostragem de sinal

Amostragem de sinal consiste na amostragem de amostras de um sinal analógico com uma frequência especificada e determinada pela frequência de amostragem. Além disso, a frequência de amostragem deve ser pelo menos duas vezes a frequência do harmônico mais alto (componente de frequência) do sinal de áudio original. Uma vez que uma pessoa é capaz de ouvir sons na faixa de frequência de 20 Hz a 20 kHz, a frequência de amostragem máxima do sinal de áudio original deve ser de pelo menos 40 kHz, ou seja, são necessárias 40.000 amostras por segundo. Portanto, na maioria dos sistemas de som de PC modernos, a taxa máxima de amostragem de áudio é 44,1 ou 48 kHz.

Quantização

Quantização por amplitude é uma medida de valores instantâneos da amplitude de um sinal discreto no tempo e sua transformação em um sinal discreto no tempo e na amplitude. Na fig. 3 mostra o processo de quantizar o nível de um sinal analógico e os valores instantâneos da amplitude são codificados em números de 3 bits.

Codificação

Codificação consiste em converter o sinal quantizado em um código digital. Nesse caso, a precisão da medição durante a quantização depende do número de bits de palavra-código. Se os valores de amplitude forem escritos usando números binários e o comprimento da palavra-código for definido como N bits, o número de valores de palavra-código possíveis será 2 N. O mesmo número de níveis de quantização da amplitude de referência pode ser. Por exemplo, se o valor da amplitude da amostra for representado por uma palavra-código de 16 bits, o número máximo de gradações de amplitude (níveis de quantização) será 2 1b = 65 536. Para uma representação de 8 bits, respectivamente, obtemos 2 8 = 256 gradações de amplitude.

Conversão analógico para digital e digital para analógico

Conversão analógica para digital realizado por um dispositivo eletrônico especial - conversor analógico para digital(ADC), em que amostras de sinal discretas são convertidas em uma sequência de números. O fluxo recebido de dados digitais, ou seja, o sinal inclui interferência de alta frequência desejada e indesejada, para filtrar quais dados digitais recebidos passam por um filtro digital.

Conversão D / A geralmente ocorre em dois estágios, como mostrado na Fig. 4. No primeiro estágio, amostras do sinal com a frequência de amostragem são extraídas do fluxo de dados digitais usando um conversor digital para analógico (DAC). No segundo estágio, um sinal analógico contínuo é formado a partir de amostras discretas por suavização (interpolação) usando um filtro de baixa frequência, que suprime os componentes periódicos do espectro do sinal discreto.

Para reduzir a quantidade de dados digitais necessários para representar um sinal de áudio com uma determinada qualidade, use compressão (compressão) que consiste em reduzir o número de amostras e os níveis de quantização ou o número de bits por amostra.

Esses métodos de codificação de dados de áudio usando dispositivos de codificação especiais podem reduzir o volume do fluxo de informações em quase 20% do original. A escolha do método de codificação ao gravar informações de áudio depende do conjunto de programas de compressão - codecs(codificação-decodificação) fornecido com o software da placa de som ou incluído com o sistema operacional.

As principais características deste módulo são: taxa de amostragem; tipo e capacidade de ADC e DAC; método de codificação de dados de áudio; a capacidade de trabalhar no modo CheioDuplex.

Frequência de amostragem determina a frequência máxima do sinal gravado ou reproduzido. Para gravar e reproduzir a fala humana, 6 - 8 kHz é suficiente; música de baixa qualidade - 20 - 25 kHz; para som de alta qualidade (CD de áudio), a taxa de amostragem deve ser de pelo menos 44 kHz. Quase todas as placas de som suportam a gravação e reprodução de um sinal de áudio estéreo com uma taxa de amostragem de 44,1 ou 48 kHz.

Bits ADC e DAC determina a representação de bits de um sinal digital (8, 16 ou 18 bits). A grande maioria das placas de som são equipadas com ADCs e DACs de 16 bits. Essas placas de som podem teoricamente ser classificadas como hi-fi, o que deve fornecer qualidade de som de estúdio. Algumas placas de som são equipadas com ADCs e DACs de 20 ou mesmo 24 bits, o que melhora significativamente a qualidade da gravação / reprodução de som.

Full duplex(full duplex) - o modo de transmissão de dados pelo canal, de acordo com o qual o sistema de som pode receber (gravar) e transmitir (reproduzir) dados de áudio simultaneamente. No entanto, nem todas as placas de som suportam este modo por completo, uma vez que não fornecem som de alta qualidade durante a troca intensiva de dados. Esses cartões podem ser usados para trabalhar com dados de voz na Internet, por exemplo, durante teleconferências, quando não há necessidade de som de alta qualidade.

3. Módulosintetizador

Sistema de som sintetizador digital eletromecânico permite que você gere quase qualquer som, incluindo o som de instrumentos musicais reais... O princípio de operação do sintetizador é ilustrado na Fig. 5

Sintetizando é o processo de recriar a estrutura de um tom musical (nota). O sinal sonoro de qualquer instrumento musical tem várias fases de tempo. Na fig. 5 uma Mostra as fases do bipe que ocorre quando você pressiona uma tecla de um piano de cauda. Para cada instrumento musical, o tipo de sinal será único, mas pode ser diferenciado três fases: ataque, suporte e decadência... A combinação dessas fases é chamada envelope de amplitude , cuja forma depende do tipo de instrumento musical. Duração ataques para diferentes instrumentos musicais varia de unidades a várias dezenas ou mesmo centenas de milissegundos. Na fase chamada Apoio, suporte, a amplitude do sinal permanece quase inalterada, e a altura do tom musical é formada durante o apoio. A ultima fase decair, corresponde a uma seção de uma diminuição suficientemente rápida na amplitude do sinal.

Nos sintetizadores modernos, o som é criado da seguinte maneira. Um dispositivo digital utilizando um dos métodos de síntese gera um chamado sinal de excitação com uma determinada altura (nota), que deve ter características espectrais o mais próximas possível das características do instrumento musical simulado na fase de apoio, como mostrado na Fig. . 5 B. Em seguida, o sinal de excitação é alimentado a um filtro que simula a resposta de frequência de um instrumento musical real. O sinal do envelope de amplitude do mesmo instrumento é alimentado para a outra entrada do filtro. Além disso, o conjunto de sinais é processado para obter efeitos sonoros especiais, por exemplo, eco (reverberação), execução coral (ho-rus). Em seguida, a conversão digital para analógico e a filtragem do sinal são realizadas usando um filtro passa-baixa (LPF).

Principais recursos do módulo sintetizador:

método de síntese de som;
Memória;
a possibilidade de processamento de sinais por hardware para criar efeitos sonoros;
polifonia - o número máximo de elementos de som reproduzidos simultaneamente.

Método de síntese de som

Método de síntese de som , usado no sistema de som do PC, determina não só a qualidade do som, mas também a composição do sistema.

Na prática, os sintetizadores são instalados em placas de som que geram som usando os métodos a seguir.

1. Método de síntese baseado em modulação de frequência (Frequência Modulação Síntese - síntese FM) assume o uso de pelo menos dois geradores de sinal de formas complexas para gerar a voz de um instrumento musical. O gerador de frequência portadora gera um sinal de tom fundamental, modulado em frequência por um sinal de harmônicos adicionais, sobretons que determinam o timbre de um determinado instrumento. O gerador de envelope controla a amplitude do sinal resultante. O gerador de FM oferece uma qualidade de som aceitável, é barato, mas não oferece efeitos sonoros. Portanto, as placas de som que usam esse método não são recomendadas de acordo com o padrão PC99.

2. Síntese de som baseada na tabela de ondas (Aceno Mesa Síntese - síntese WT)é produzido usando amostras de som pré-digitalizadas de instrumentos musicais reais e outros sons armazenados em um ROM especial, feito na forma de um chip de memória ou integrado em um chip de memória gerador WT. O sintetizador WT fornece geração de som de alta qualidade. Este método de síntese é implementado em placas de som modernas.

Memória em placas de som com um sintetizador WT, pode ser aumentado instalando elementos de memória adicionais (ROM) para armazenar bancos com instrumentos.

Efeitos sonoros formado com a ajuda de um especial processador de efeito , que pode ser um elemento independente (microcircuito) ou integrado ao sintetizador WT. Para a grande maioria das placas sintetizadas com WT, reverb e chorus agora são padrão.

Síntese de som baseada em modelagem física ... Oferece o uso de modelos matemáticos de produção sonora de instrumentos musicais reais para geração digital e posterior conversão em sinal de áudio por meio de um DAC. As placas de som que usam modelagem física ainda não estão difundidas porque requerem um PC poderoso para funcionar.

Polifonia- o número máximo de sons elementares reproduzidos simultaneamente. Para cada tipo de placa de som, o valor da polifonia pode ser diferente. (de 20 ou mais votos).

4. Módulointerfaces

Módulo de interface fornece troca de dados entre o sistema de som e outros dispositivos externos e internos.

InterfaceÉ UM em 1998 foi suplantado nas placas de som pela interface PCI.

Interface PCI fornece uma ampla largura de banda (por exemplo, versão 2.1 - mais de 260 Mbps), que permite a transmissão de fluxos de dados de áudio em paralelo. O uso do barramento PCI permite melhorar a qualidade do som, fornecendo uma relação sinal-ruído de mais de 90 dB. Além disso, o barramento PCI permite o processamento cooperativo de dados de áudio, onde as tarefas de processamento e transmissão são compartilhadas entre o sistema de áudio e a CPU.

MIDI(Interface digital de instrumento musical) - interface digital de instrumento musical) é regulamentada por um padrão especial contendo especificações para a interface de hardware: tipos de canais, cabos, portas através das quais dispositivos MIDI são conectados entre si, bem como uma descrição do procedimento de troca de dados - um protocolo para troca de informações entre dispositivos MIDI. Em particular, usando comandos MIDI, você pode controlar o equipamento de iluminação, equipamento de vídeo durante a apresentação de um grupo musical no palco. Dispositivos com interface MIDI são conectados em série, formando uma espécie de rede MIDI, que inclui um controlador - um dispositivo de controle, que pode ser usado como um PC e um sintetizador de teclado musical, bem como dispositivos escravos (receptores) que transmitem informações ao controlador por meio de seu pedido. O comprimento total da cadeia MIDI não é limitado, mas o comprimento máximo do cabo entre dois dispositivos MIDI não deve exceder 15 metros.

A conexão de um PC a uma rede MIDI é realizada por meio de um adaptador MIDI especial, que possui três portas MIDI: entrada, saída e passagem, além de dois conectores para Joysticks.

A placa de som inclui uma interface para conectar unidades de CD-ROM.

5. Módulobatedeira

O módulo de mixagem da placa de som executa:

comutação (conexão / desconexão) fontes e receptores de sinais sonoros, bem como regulação de seu nível;
misturando (misturando) vários sinais de som e ajustando o nível do sinal resultante.

As principais características do módulo de mixer são:

o número de sinais misturados no canal de reprodução;
regulação do nível do sinal em cada canal de mixagem;
regulação do nível total do sinal;
potência de saída do amplificador;
a presença de conectores para conectar receptores / fontes externas e internas de sinais de áudio.

Joystick/ MIDI - para conectar um joystick ou adaptador MIDI;
Microfone No - para conectar um microfone;
Line In - entrada de linha para conectar quaisquer fontes de sinais de áudio;
Linha Fora - saída de linha para conectar quaisquer receptores de sinais de áudio;
Alto falante - para conectar fones de ouvido (fones de ouvido) ou sistema de alto-falante passivo.

O controle do software do mixer é realizado por meio do Windows ou usando o programa do mixer fornecido com o software da placa de som.

PadrãoSound Blaster suporta aplicativos de jogos DOS nos quais a trilha sonora é programada para a família de placas de som Sound Blaster.

PadrãoWindows Sound System (WSS) A Microsoft inclui uma placa de som e um pacote de software focado principalmente em aplicativos de negócios.

6. Acústicosistema

Sistema acústico (AC) converte diretamente o sinal elétrico de som em vibrações acústicas e é o último elo no caminho de reprodução de som.

Sistema acústico

A composição da UA, via de regra, inclui vários alto-falantes, cada um dos quais pode ter um ou mais alto-falantes.

O número de alto-falantes em um alto-falante depende do número de componentes que compõem o sinal de áudio e formam canais de áudio separados.

Por exemplo, um sinal estéreo contém dois componentes- sinais dos canais estéreo esquerdo e direito, o que requer pelo menos dois alto-falantes como parte de um sistema de alto-falantes estéreo.

Dolby Digita Audio Eu contém informações para seis canais de áudio: dois canais estéreo frontais, um canal central (canal de diálogo), dois canais traseiros e um canal de frequência ultrabaixa. Portanto, um sistema de alto-falantes deve ter seis alto-falantes para reproduzir um sinal Dolby Digital.

O alto-falante do PC consiste principalmente em de dois alto-falantes que reproduzem um sinal estéreo. Normalmente, cada alto-falante em um alto-falante de PC tem um alto-falante, no entanto, os modelos caros usam dois: para altas e baixas frequências. Ao mesmo tempo, os modelos modernos de sistemas acústicos permitem reproduzir o som em quase toda a faixa de frequência audível, devido ao uso de um design especial da caixa ou dos alto-falantes.

Para reproduzir frequências baixas e ultrabaixas com alta qualidade nos alto-falantes, além de dois alto-falantes, uma terceira unidade de som é usada - subwoofer (Subwoofer ) , instalado sob a área de trabalho. Este alto-falante de três peças para PC consiste em dois chamados alto-falantes satélites reproduzindo frequências médias e altas (aproximadamente 150 Hz a 20 kHz) e um subwoofer reproduzindo frequências abaixo de 150 Hz.

Uma característica distintiva do sistema de alto-falantes para PC é a capacidade de ter seu próprio amplificador de potência embutido... Um alto-falante com um amplificador embutido é chamado ativo... Passiva O amplificador AC não tem.

A principal vantagem de um alto-falante ativo é conectividade com a saída de linha da placa de som... O alto-falante ativo é alimentado por baterias (acumuladores) ou pela rede elétrica por meio de um adaptador especial, feito em forma de bloco externo separado ou módulo de potência instalado no caso de um dos alto-falantes.

A potência de saída dos sistemas de alto-falantes do PC pode variar amplamente, dependendo das especificações do amplificador e dos alto-falantes. Se o sistema foi projetado para jogos de computador, uma potência de 15 a 20 W por alto-falante é suficiente para uma sala de tamanho médio. Caso seja necessário garantir uma boa audibilidade durante uma palestra ou apresentação para um grande público, é possível utilizar um alto-falante com potência de até 30 W por canal. Com um aumento na potência do alto-falante, suas dimensões gerais aumentam e o custo aumenta.

Os modelos modernos de sistemas de alto-falantes possuem um conector para fones de ouvido, quando conectados, a reprodução do som pelos alto-falantes é interrompida automaticamente.

Sistema acústico Microlab

As principais características do alto-falante:

faixa de frequência,
sensibilidade,
distorção harmônica,
potência.

Banda de resposta de frequência (FrequencyResponse)- esta é a dependência amplitude-frequência da pressão do som, ou a dependência da pressão do som (força do som) na frequência da voltagem alternada fornecida à bobina do alto-falante.

A banda de frequência percebida pelo ouvido humano está na faixa de 20 a 20.000 Hz.

Os alto-falantes, via de regra, têm uma faixa limitada na faixa de baixa frequência de 40 - 60 Hz. Para resolver o problema de reprodução de baixas frequências, o uso de um subwoofer permite.

Sensibilidade do alto-falante (Sensibilidade) caracterizado pela pressão sonora que cria a uma distância de 1 m quando um sinal elétrico com uma potência de 1 W é aplicado em sua entrada.

De acordo com o sistema de som do PC em forma de placa de som apareceu em 1989, expandindo significativamente as capacidades do PC como meio técnico de informatização. Fontes e receptores do sinal de áudio são conectados ao módulo do mixer através de conectores externos ou internos . Os conectores externos do sistema de som geralmente estão localizados no painel traseiro da caixa da unidade do sistema: / h3nbsp; stron / bgb De acordo com os requisitos dos padrões, a sensibilidade é definida como a pressão sonora média em uma determinada banda de frequência.

Quanto mais alto o valor dessa característica, melhor o alto-falante reproduz a faixa dinâmica do programa de música. A diferença entre os sons "mais baixos" e "mais altos" dos fonogramas modernos é de 90 a 95 dB ou mais. / emАС com alta sensibilidade reproduz muito bem os sons baixos e altos.

Coeficiente harmônico

Coeficiente harmônico (Distorção Harmônica Total- THD) avalia distorções não lineares associadas ao aparecimento de novos componentes espectrais no sinal de saída.

A distorção harmônica é padronizada em várias faixas de frequência. Por exemplo, para alto-falantes Hi-Fi de alta qualidade, essa proporção não deve exceder: 1,5% na faixa de frequência de 250-1000 Hz; 1,5% na faixa de frequência 1000-2000 Hz e 1,0% na faixa de frequência 2000-6300 Hz.

Quanto mais baixo for o valor da distorção harmônica, melhor será o alto-falante.

Energia elétrica

Energia elétrica (Manipulação de potencia), que o alto-falante pode suportar é uma das principais características. No entanto, não existe uma relação direta entre a potência e a qualidade de reprodução do som. A pressão sonora máxima depende da sensibilidade, e a potência do alto-falante é principalmente determina sua confiabilidade.

Entre os fabricantes de alto-falantes caros e de alta qualidade estão empresas Creative, Yamaha, Sony, Aiwa... AC de uma classe inferior são produzidos por Genius, Altec, JAZZ Hipster.

Alguns modelos de alto-falantes da Microsoft não são conectados a uma placa de som, mas a uma porta USB. Nesse caso, o som entra digitalmente nos alto-falantes e sua decodificação produz um pequeno Chipulb, cada um dos quais pode ter um ou mais alto-falantes.pset instalados nos alto-falantes.

7. instruçõesmelhorandosomsistemas

Atualmente, Intel, Compaq e Microsoft oferecem nova arquitetura do sistema de som do PC... De acordo com esta arquitetura módulos de processamento de sinal de áudio são removidos fora do gabinete do PC, em que estão sujeitos a interferências elétricas e são colocados, por exemplo, nas colunas de um sistema de altifalantes. Nesse caso, os sinais de áudio são transmitidos em formato digital, o que aumenta significativamente sua imunidade a ruídos e a qualidade de reprodução do som. Para transferir dados digitais em formato digital, é fornecido o uso de barramentos IEEE 1394 e USB de alta velocidade.

Outra área de melhoria do sistema de som é a criação som surround (espacial) denominado 3D ou 3D-Sound (Som Tridimensional) . Para obter o som surround, é executado um processamento especial de fase do sinal: as fases dos sinais de saída dos canais esquerdo e direito são deslocadas em relação ao original. Nesse caso, a propriedade do cérebro humano é usada para determinar a posição da fonte sonora, analisando a relação das amplitudes e fases do sinal sonoro percebido por cada ouvido. O usuário de um sistema de som equipado com um módulo especial de processamento de som 3D sente o efeito de "mover" a fonte de som.

Uma nova área de aplicação de tecnologias de multimídia é Criação de home theater baseada em PC (PC— Teatro) ,Essa. uma variante de um PC multimídia destinada a vários usuários ao mesmo tempo para assistir a um jogo, assistir a um programa educacional ou a um filme no padrão DVD. O PC-Theater inclui um sistema de alto-falantes multicanal especial que forma o som ao Redor ( Surround Som). Os sistemas de som surround criam uma variedade de efeitos sonoros em uma sala, com a sensação do usuário de que estão no centro do campo sonoro e das fontes sonoras ao seu redor. Sistemas de som surround multicanal são usados em cinemas e já começam a aparecer como dispositivos de consumo.

Em sistemas multicanais para uso doméstico, o som é gravado em duas faixas de discos de vídeo a laser ou fitas de vídeo usando a tecnologia Dolby Surround desenvolvido por Dolby Laboratories. Os desenvolvimentos mais famosos nesta área incluem:

Dolby (Surround) Pró Lógica - um sistema de som de quatro canais contendo canais estéreo esquerdo e direito, um canal central para o diálogo e um canal traseiro para efeitos.

Dolby Surround Digital - um sistema de som composto por 5 + 1 canais: canais esquerdo, direito, central, esquerdo e direito de efeitos traseiros e um canal de graves extra. Os sinais para o sistema são gravados na forma de um fonograma óptico digital em filme.

Ao controleperguntas

Quais são as principais funções de um sistema de som de PC?
Quais são os principais componentes de um sistema de som de PC?
Com base em quais considerações a frequência de amostragem do sinal é alocada no processo de conversão analógico-digital?
Liste as principais etapas para conversão analógico para digital e digital para analógico.
Quais são os principais parâmetros do módulo de gravação e reprodução de som?
Que métodos de síntese de som são usados?
Quais são as funções do módulo mixer e quais são suas principais características?
Qual é a diferença entre um sistema de alto-falantes passivo e um ativo?

Sistema de som um computador pessoal é usado para reproduzir efeitos sonoros e fala que acompanha as informações de vídeo reproduzidas e inclui:

módulo de gravação / reprodução;
sintetizador;
módulo de interface;
misturador;
sistema de auto-falantes.

Os componentes do sistema de som (excluindo o sistema de alto-falantes) são estruturalmente projetados como uma placa de som separada ou são parcialmente implementados como microcircuitos na placa-mãe do computador.

Normalmente, os sinais de entrada e saída do gravador / unidade de reprodução são analógicos, mas o processamento dos sinais de áudio é digital. Portanto, as funções principais do módulo de gravação / reprodução são reduzidas às conversões analógico-digital e digital-analógico.

Para isso, o sinal analógico de entrada é submetido à modulação por código de pulso (PCM), cuja essência é a amostragem do tempo e a representação (medição) das amplitudes do sinal analógico em tempos discretos na forma de números binários. É necessário selecionar a taxa de amostragem e a largura de bits para que a precisão da conversão analógico-digital atenda aos requisitos de qualidade de reprodução do som.

De acordo com o teorema de Kotelnikov, se a etapa de tempo de amostragem separando amostras adjacentes (amplitudes medidas) não exceder a metade do período de oscilação do componente mais alto no espectro de frequência do sinal convertido, então a amostragem de tempo não introduz distorções e não leva a perda de informações. Se, para um som de alta qualidade, for suficiente reproduzir um amplo espectro de 20 kHz, a taxa de amostragem deve ser de pelo menos 40 kHz. Os sistemas de som de computador pessoal (PC) geralmente adotam uma taxa de amostragem de 44,1 ou 48 kHz.

A largura de bit limitada dos números binários que representam as amplitudes do sinal resulta na amostragem dos valores do sinal. Em placas de som, na maioria dos casos, números binários de 16 bits são usados, o que corresponde a 216 níveis de quantização ou 96 dB. Às vezes, a conversão de analógico para digital de 20 ou mesmo 24 bits é usada.

É óbvio que melhorar a qualidade do som aumentando a frequência de amostragem f e o número k dos níveis de quantização leva a um aumento significativo no volume S dos dados digitais resultantes, uma vez que

S = f t log2k / 8,

onde t é a duração do fragmento de som, S, f e t são medidos em MB, MHz e segundos, respectivamente. No som estéreo, os dados são duplicados. Assim, a uma frequência de 44,1 kHz e 216 níveis de quantização, a quantidade de informação para representar um fragmento estereofônico de áudio com duração de 1 min é de cerca de 10,6 MB. Para reduzir os requisitos de capacidade de memória para armazenar informações de áudio e largura de banda dos canais de transmissão de dados, é usada a compactação de informações (compactação).

O módulo de interface é usado para transferir informações de áudio digitalizadas para outros dispositivos de PC (memória, sistema acústico) através dos barramentos do computador. A largura de banda do barramento ISA, via de regra, não é suficiente, portanto, outros barramentos são usados - PCI, uma interface MIDI especial para instrumentos musicais, ou algumas outras interfaces.

Usando o mixer, você pode misturar sinais de som, criando som polifônico, adicionar acompanhamento musical à fala que acompanha fragmentos de multimídia, etc.

O sintetizador é projetado para gerar sinais sonoros, na maioria das vezes para simular o som de vários instrumentos musicais. Para síntese, modulação de frequência, tabelas de ondas, modelagem matemática são usados. Os dados de entrada para sintetizadores (códigos de notas e tipos de instrumentos) são geralmente apresentados no formato MIDI (extensão MID em nomes de arquivo). Assim, ao usar o método de modulação de frequência, a frequência e a amplitude dos sinais somados do gerador principal e do gerador de sobretom são controlados. De acordo com o método da tabela de ondas, o sinal resultante é obtido pela combinação de amostras de som digitalizadas de instrumentos musicais reais. No método de modelagem matemática, em vez de amostras obtidas experimentalmente, são usados modelos matemáticos de sons.

Aula número 6. Sistemas de reprodução de som

1. Os principais componentes do subsistema de som do PC.

2. Princípios de processamento de informações sonoras.

Os principais componentes do subsistema de som do PC.

O sistema de som do PC na forma de placa de som surgiu em 1989, expandindo significativamente as capacidades do PC como meio técnico de informatização.

Sistema de som do PC- um complexo de software e hardware que executa as seguintes funções:

· Gravar sinais de áudio de fontes externas, como um microfone ou gravador, convertendo os sinais de áudio analógico de entrada em sinais digitais e salvando-os no disco rígido;

· Reprodução de dados de áudio gravados usando um sistema de alto-falante externo ou fones de ouvido (fones de ouvido);

· Reprodução de CDs de áudio;

· Mixagem (mixagem) ao gravar ou reproduzir sinais de várias fontes;

Gravação e reprodução simultânea de sinais de som (modo Full Duplex);

· Processamento de sinais sonoros: edição, combinação ou divisão de fragmentos de sinal, filtragem, alteração de seu nível;

Processamento de um sinal de som de acordo com os algoritmos de surround (tridimensional - 3D-Sound) soando;

· Gerar com o auxílio de um sintetizador o som de instrumentos musicais, assim como a fala humana e outros sons;

· Controle do trabalho de instrumentos musicais eletrônicos externos por meio de uma interface MIDI especial.

O sistema de som do PC é constituído de placas de som estruturais, instaladas no slot da placa-mãe, ou integradas na placa-mãe ou placa de expansão de outro subsistema do PC, bem como dispositivos de gravação e reprodução de informações de áudio (sistema acústico). Módulos funcionais separados do sistema de som podem ser implementados na forma de placas-filha instaladas nos conectores correspondentes da placa de som.

Um sistema de som clássico, conforme mostrado na fig. 1, contém:

Módulo de gravação e reprodução de som;

Módulo sintetizador;

Módulo de interface;

Módulo Mixer (fornece troca de dados entre o sistema de som e outros dispositivos - externos e internos.);

Sistema acústico.

Arroz. 1 A estrutura do sistema de som do PC.

O design do sistema de som do PC está passando por mudanças significativas; existem placas-mãe com um chipset instalado para processamento de som.

Equipamento de som e programas.

Adaptadores de som especiais são responsáveis por reproduzir e gravar som em computadores. Adaptador de som contém outro processador dedicado, liberando assim o processador principal das funções de controle de áudio. Com o adaptador de som, você pode gravar informações de som, reproduzir fala e música. Além disso, as placas de som modernas permitem o processamento de som e a edição de composições musicais. Além de qualquer som codificado em uma determinada taxa de amostragem, é possível reproduzir música criada por comandos de computador. O número de vozes é um parâmetro da placa de som que determina o número máximo de sons sintetizados simultaneamente. A principal direção do desenvolvimento das placas de som modernas é o suporte para som surround. Nesse caso, torna-se possível posicionar as fontes sonoras no espaço. Para reproduzir o som surround, são necessários pelo menos dois alto-falantes. No entanto, para o melhor efeito de som surround, é melhor usar quatro alto-falantes - dois na frente e dois atrás.

A grande maioria dos computadores modernos está equipada com uma placa de som. Boas placas de som Sound Blaster Audigy de várias versões são produzidas pela Creative. No entanto, hoje em dia, muitas placas-mãe suportam áudio de seis canais de alta qualidade.

É extremamente importante ter bons alto-falantes para obter um bom som. As placas de som modernas têm uma saída SPDIF digital que permite a conexão com eletrodomésticos. No entanto, geralmente é mais conveniente usar sua própria acústica para o computador. Ao usar um computador para assistir a filmes em DVD, certifique-se de usar um sistema moderno de cinco alto-falantes e um subwoofer.

Para criar suas próprias composições musicais, você pode precisar de um teclado especial que pode ser conectado à interface MIDI. Os teclados musicais conectados a uma placa de som diferem no número de oitavas (geralmente de três a sete), bem como no número de teclas e seu tamanho. Os fabricantes mais famosos são Korg, Roland, Yamaha. Teclados amadores muito bons são produzidos pela Casio.

Para gravação de voz de alta qualidade, você precisa usar os microfones apropriados. Microfones de computador simples não oferecem alta qualidade de som. Além disso, a entrada de microfone da maioria das placas de som também não é de boa qualidade. Portanto, é recomendável usar um amplificador de microfone conectado à entrada de linha da placa de som. O amplificador de microfone conectará dois microfones para gravar som estéreo.

Recentemente, os reprodutores digitais em miniatura que armazenam música no formato MP3 se espalharam. A música de um computador é gravada na memória de tal dispositivo, após o que pode ser ouvida em qualquer lugar por meio de fones de ouvido.

Um rádio de computador pode ser considerado uma fonte adicional de som para um computador. Ele pode ser implementado como uma placa adicional ou pode ser conectado à porta USB.

Claro, trabalhar com som em um computador é impensável sem programas especiais. Os programas mais simples para trabalhar com som estão incluídos em todas as versões do Windows. Com a ajuda deles, você pode ajustar o volume de diferentes fontes de som, definir a sensibilidade do microfone e a entrada de linha. Como alternativa, você pode gravar um pequeno trecho de áudio, realizar transformações simples com ele e gravar o resultado em um arquivo. O Windows também inclui CD e reprodutores de mídia. Você pode gravar música em reprodutores digitais, ouvir música da Internet.

É necessário trabalho de áudio em tempo real ao usar um teclado musical. O mais poderoso desses programas é o Cakewalk Home Studio, mas você pode sobreviver com programas mais simples.

Para processar sons, você deve usar um editor de som. Os melhores editores de som são Sound Forge e WaveLab. Para edição multicanal, o editor Cool Edit é usado. Para criar e editar música, e adicionar vocais à música, programas chamados MIDI e sequenciadores de áudio são usados. Os melhores programas desta classe são Cakewalk Sonar e Cubase VST.

Cantar karaokê se tornou bastante popular recentemente. Existem vários programas para criar e reproduzir arquivos de karaokê. O programa Karaokê GALAXY Maker, que permite criar karaokê, é bastante conveniente. Para reproduzir esses arquivos, use os programas Karaoke GALAXY Player ou vanBasco's Karaoke Player.

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Data em que a página foi criada: 30/06/2016