Симфонія цифрових потоків. Історія еволюції звукових карт
- Першопрохідці звукового фронту
- Епоха тривимірного звуку
- Основні параметри звукових карт
- Якість понад усе!
Для більшості людей персональний комп'ютер давно є не тільки робочим інструментом, але і мультимедійним центром. Він з легкістю замінює ігрову приставку, DVD-програвач, телевізор та музичний центр. Але далеко не завжди ПК здатний випередити за якістю свої побутові аналоги. Якщо з іграми і переглядом відео все йде непогано - потужна відеокарта і якісний монітор є невід'ємними супутниками геймерского комп'ютера, - то в плані звуку ПК часто показує не найкращі результати. Причина банальна: звуку зазвичай приділяють мало уваги. Між тим хороша озвучка може різко змінити думку про фільм або грі в кращу сторону, ну а хрип з колонок, навпаки, звести все враження і атмосферу нанівець.
Першопрохідці звукового фронту
Сьогодні відтворення і запис звуку здаються настільки природним процесом, що складно собі уявити, що недавно все було інакше. Були часи, коли звук здавався чимось непотрібним і непотрібним для ПК, а про природність звучання ніхто навіть не замислювався.
Картка AdLib вивела комп'ютерний звук на новий рівень, випередивши своїх конкурентів, включно з дорогою Creative Music System.
Найперші комп'ютери сімейства IBM PC постачали примітивним динаміком PC Speaker (спікером). У народі це диво було прозвано «пищалки», що абсолютно справедливо: пристрій міг відтворювати за раз не більше одного тону, а регулювання гучності була сильно утруднена. Призначення у динаміка була одна - відтворювати діагностичні сигнали при завантаженні і роботі ПК. Однак творці ігор знайшли пристрою інше застосування: задаючи частоту і черговість звучання, вони створювали щось на зразок музики. До кінця 80-х кожна поважаюча себе гра мала подібний «саундтрек». За минулі чверть століття спікер нікуди не подівся, і їм як і раніше комплектується майже кожен комп'ютер.
У 1984 році в світ вийшов комп'ютер IBM PCjr, що володів вбудованим трехголосном синтезатором, яка була, по суті, модернізованим комп'ютерним динаміком. Ще через пару років на ринок було випущено пристрій Covox. Підключався воно через принтерний LPT-кабель і представляло собою 8-бітний ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач).
Наступним етапом у розвитку комп'ютерного звуку стала поява в 1987 році фактично першою звукової карти - Creative Music System (CMS). Створене сінгапурської компанією Creative пристрій грунтувалося на двох 6-голосних звукогенератор Philips SAA 1099 і було в змозі відтворювати стереозвук: один звуковий чіп обробляв сигнал для правого каналу, другий - для лівого. Висока ціна (більше $ 300) відлякала покупців, тим більше що майже в той же час з'явився ще один гравець - канадська компанія AdLib. Однойменна карта мала всього одним чіпом Yamaha YM3812, але цей 11-голосний синтезатор FM-типу давав більш природне звучання, ніж CMS! Другим незаперечним плюсом стала низька ціна - близько $ 100. У цій битві Creative зазнала поразки.
Sound Blaster 16 - перша доступна 16-бітна звукова карта. Хіт свого часу.
У 1991 році на ринку з'явилася нова звукова карта від Creative - Sound Blaster. Після цієї події назву карти довгий час залишалося синонімом поняття «звукова плата». Воно й зрозуміло: більше семи років у пристроїв цієї серії не було конкурентів. Між тим нічого принципово нового в SB не було, просто компанія об'єднала два чіпи - Yamaha YM3812 і 8-бітний ЦАП типу Covox. В результаті синтезатор міг відтворювати різні MIDI-мелодії з якістю, ідентичним AdLib, а ЦАП дозволяв видавати попередньо оцифрований аналоговий звук, наприклад людську мову. Все це було доповнено ще одним чіпом, що дозволяв записувати аудіосигнали. Якість відтворення і запису було досить посереднім: 8-бітове моно з частотою дискретизації 22 кГц по звучанню поступалося навіть магнітофонів.
SB почав еволюціонувати. Спочатку з'явилася версія карти з підтримкою стерео, потім частота дискретизації відтвореного звуку збільшилася до 44,1 кГц, а трохи пізніше в світ вийшла Sound Blaster 16 - перша 16-бітна звукова плата від Creative. Недовго думаючи, компанія обважила своє творіння патентами. І оскільки копіювати архітектуру SB16 конкурентам вже було не можна, на ринку стало з'являтися безліч карт, не схожих один на одного. Це викликало головний біль у розробників ігор, так як їм довелося реалізовувати підтримку кожної більш-менш популярною карти. В один прекрасний день девелоперам це набридло і подібна практика припинилася.
До речі, SB16 стала першою платою, що підтримує Microsoft Direct Sound, що тільки посилило любов розробників до неї. Конкуренти вимирали природним шляхом, Creative виграла боротьбу, правда, потім зробила велику похибку, вирішивши, що майбутнє за відтворенням синтезованих MIDI-мелодій. Наступні твори бурхливо розвивалися в цьому напрямку, але більшості користувачів від цього не було толку: MIDI-синтезатори призначалися швидше для напівпрофесійного сегмента ринку і в сфері домашніх ПК затребувані не були. Нічого принципово нового Creative не випускала аж до 1998 року ...
Епоха тривимірного звуку
Поштовх до подальшого розвитку в сфері комп'ютерного звуку дала компанія Aureal, яка розробила перший серйозний формат відтворення 3D-звуку A3D і відповідний чіп AU8820. Реалізацією карт на його основі зайнялася Diamond Multimedia, карта отримала назву Monster MX300. Відбулася ця подія рівно десять років тому - в 1997 році.
Сучасні ігри на зразок Battlefield 2142 і Prey в повній мірі використовують можливості EAX Advanced HD 5.0.
В основі розробки лежали дослідження особливостей людського слуху. Технології розроблялися для потреб військових льотчиків і космонавтів. Метою компанії було навчити прості навушники правильно позиціонувати звук в просторі - і Aureal з завданням впоралася. Чіп в реальному часі розраховував відображення звуку від об'єктів віртуального світу з урахуванням геометрії приміщення і наявності в ньому перешкод. Таким чином, в обробленому аудіосигнали з'являлися фазові запізнювання - відлуння з різною затримкою. Мозок, який звик сприймати ці запізнювання в повсякденному житті, що не відчував обману, що і гарантувало небачений досі реалізм звучання. Крім цього, карта апаратно підтримувала алгоритми, що дозволяють емулювати механізми орієнтації людини в просторі: користувач міг визначати, що джерело звуку розташовується «ззаду» або «спереду», а не тільки «зліва» або «справа». Офіційно алгоритми підтримували і вертикальне позиціонування звуку ( «зверху» і «знизу»), на практиці це було непомітно.
Крім підтримки A3D, MX300 відрізнялася якісним звучанням, популярність була гарантована. У комплекті з платою йшла програма для демонстрації можливостей A3D - в ній бджола літала навколо голови користувача. І все б добре, але після появи перших ігор з підтримкою A3D з'ясувалася страшна річ: алгоритми чудово працювали в випадку з рухомими об'єктами, однак позиціонувати статичні об'єкти технологія не вміла, крім того, A3D відрізнявся ненажерливістю і сильно навантажував процесор.
Звукова карта SB Live! - відповідь Creative - вийшла в 1998 році і використовувала абсолютно нові технології. Сінгапурська компанія зробила ставку на Direct Sound 3D, який займався досить примітивним позиціонуванням звуку, і доповнила його своєю розробкою, що отримала назву EAX (Environmental Audio Extensions). Технологія змінювала звук в залежності від типу приміщення, який вибирався з фіксованого набору установок. Таким чином, ефект тривимірності створювався більшою мірою завдяки імітації навколишнього середовища ігрового персонажа. Якщо останній падав у воду, то звук навколо нього набував характерне підводне звучання, в тому випадку, якщо персонаж забирався в трубу, його оточувало металеве відлуння. Чіп міг працювати з вісьмома звуковими потоками одночасно і підтримував 26 варіантів звучань різних середовищ. Завдяки простоті і надійності EAX отримав схвалення з боку розробників і незабаром став невід'ємною частиною комп'ютерних ігор.
Подальша доля Creative пов'язана з безперервним вдосконаленням EAX і випуском звукових карт, що підтримують нові версії. У EAX 2.0 кількість звукових потоків збільшилася до 32, спростився процес програмування, підвищилася функціональність: для точного налаштування слухача могло використовуватися до 14 параметрів, для джерел - до 13. З'явилися ефекти оклюзії і обструкції, що дозволяли імітувати поглинання звуку різними перешкодами. Друга версія EAX відрізнялася від першої як небо і земля.
З приходом серії звукових плат Creative Audigy в 2001 році була представлена EAX Advanced HD. У ній був доданий ефект ексклюзив, який імітував особливості звуку, що проходить через відкриті вікна або двері, з'явилася частотна фільтрація і морфинг, що дозволяв робити плавні звукові переходи при різкій зміні типу приміщення - раніше це робилося миттєво, що сильно било по вухах. Advanced HD підтримувала вже 64 звукових потоку.
У 2003 році вийшла EAX Advanced HD 4.0, в якій реалізували підтримку многопространственності. Це дозволило моделювати акустичні умови не тільки в приміщенні, де знаходився слухач, а й в суміжних. Таким чином, враховувалися особливості простору, де знаходилося джерело звуку, навіть якщо слухач був у цей час в іншому приміщенні! Крім того, HD 4.0 дозволяла використовувати різні апаратні звукові ефекти в реальному часі на кшталт частотного зсуву, хоруса, луни і багатьох інших. EAX Advanced HD 5.0 збільшила кількість оброблюваних потоків до 128.
А що ж Aureal? Після виходу MX300 компанія прожила недовго: сил вистачило тільки на те, щоб розробити A3D 2.0, після чого в середині 2000 року, не витримавши конкуренції, Aureal заявила про банкрутство. За іронією долі компанія була куплена Creative і тут же закрита. З тих самих пір і до сьогоднішнього дня Creative практично безроздільно панує на ринку звукових карт.
MIDI-синтезатори
Що таке MIDI-синтезатор? Синтезатором називається електронний музичний інструмент, в якому звук створюється і обробляється, змінюючи своє забарвлення і характеристики. Приставка «MIDI» означає приналежність інструменту до стандарту MIDI (Musical Instrument Digital Interface), який містить набір стандартних команд для взаємодії між звуковими пристроями і дозволяє тим самим відтворювати і записувати музику шляхом виконання / запису спеціальних команд. У звуковій доріжці, записаної в MIDI-форматі, немає самого запису звуку - є лише команди, які має виконати пристрій стандарту MIDI для того, щоб отримати необхідну звучання. Завдяки такому підходу подібний файл займає набагато менше місця, ніж стандартний звуковий файл, до того ж його будуть розуміти все MIDI-пристрої аж до мобільних телефонів. На сьогоднішній день найпопулярнішим є стандарт GM (General MIDI), в якому міститься 128 музичних інструментів і 46 звуків ударних, тобто MIDI-синтезатор цього стандарту здатний емулювати звучання цих інструментів, причому для кожної ноти. Наскільки буде відрізнятися звучання різних інструментів, в якій мірі воно буде близько до оригіналу - залежить від якості синтезатора.
Методів синтезу звуку існує два: WT (Wave Table - таблично-хвильовий) і FM (Frequency Modulation - частотної модуляції). Синтезатор, заснований на хвильової таблиці, відтворює звук з попередньо записаного набору, змінюючи при необхідності параметри звучання - в сучасних звукових картах і професійній апаратурі використовується саме цей метод. При частотної модуляції звук синтезується за допомогою генерування і змішання простих синусоїдальних коливань, так як саме з них складається будь-який, навіть найскладніше коливання. Звучання при використанні цього методу складно назвати природним.
Також існує спеціальний роз'єм для з'єднання MIDI-пристроїв. Його іноді встановлюють на напівпрофесійні звукові карти, що дає можливість підключати до комп'ютера MIDI-клавіатуру.
Основні параметри звукових карт
Однак перейдемо від теорії до практики. Зробити зразкову оцінку якості відтвореного і записуваного звуку можна грунтуючись на ряді характеристик звукових карт.
Наприклад, візьмемо параметр сигнал / шум (Signal / Noise Ratio). Це відношення потужності сигналу до потужності шуму на виході пристрою прийнято вимірювати в децибелах (дБ). Хорошим можна вважати ставлення 80-85 дБ, ідеальним - 95-100 дБ. Але у випадку з комп'ютерами ситуація інша, через наведень (перешкод) з боку інших компонентів реальне ставлення завжди буде трохи нижче заявленого.
Наступний важливий параметр - коефіцієнт нелінійних спотворень (Total Harmonic Distortion). Він вимірюється у відсотках: 1% - «брудне» звучання; 0,1% - нормальне звучання; 0,01% - чисте звучання. Нелінійні спотворення - це результат неточності у відновленні сигналу з цифрового виду в аналоговий.
SB X-Fi Elite Pro - це найвищий ступінь еволюції звукових карт від Creative.
Максимальна частота дискретизації (Sampling Rate), яка вимірюється в герцах (Гц), в режимі запису показує, скільки разів в секунду АЦП зробить завмер частоти аналогового сигналу, в режимі читання - скільки разів в секунду ЦАП здатний вважати частоту записаного сигналу. Для стерео і багатоканального звуку ці характеристики, як правило, розрізняються. У режимі стерео норма частоти дискретизації для MP3-файлу складає 44,1 кГц; для DVD-відео - 48/96 кГц; для DVD-аудіо - до 192 кГц. Відповідно, щоб відтворити звук без втрат, звукова карта повинна підтримувати дані частоти дискретизації.
Максимальний рівень квантування (Max Quantization Level), або розрядність / бітность, показує кількість біт, що виражають амплітуду сигналу. Чим більше значення, тим ближче оцифрований сигнал до аналогового. Еталоном на сьогоднішній день є 24-бітний звук.
На сьогоднішній день ринок наповнений звуковими картами з різними можливостями і різних поколінь, проте найчастіше критерій оцінки плати у покупця всього один - ціна. Дорога - значить, хороша. Однак при такому підході користувач часто переплачує гроші. Варто чітко розуміти, з якою метою купується звукова карта і які параметри є критичними.
Для геймера підтримка EAX останньої версії куди важливіше, ніж позамежні максимальні частоти дискретизації. Для меломана головними критеріями стане чистота відтвореного звуку, а не тривимірні технології. Цінитель домашніх кінотеатрів віддасть перевагу звукової карти з найбільшою кількістю виходів для підключення багатоканальної акустики і найбільш чистим звуком, а користувач, який займається створенням музики, зверне увагу на частоти дискретизації при записі і MIDI-складову карти. Ну і, звичайно, хороша звукова плата має на увазі наявність гідної акустичної системи: пищалки, куплені на «здачу» з покупки комп'ютера, зведуть всі зусилля нанівець.
Фанатам якісного звуку варто придивитися, наприклад, до ESI Juli @ (4500-4800 руб.). Плата, завдяки своєму незвичайному дизайну, може надати користувачеві як набір професійних балансних джеков, так і більш звичні тюльпани (RCA). У випадку з іграми ніяк не обійтися без моделей від Creative. Лінійка Audigy вже віджила своє, так що краще звернути свої погляди на серію X-Fi. Тим більше що в ній вже з'явилися і досить недорогі моделі на кшталт X-Fi Xtreme Audio (1400-1700 руб.). Правда, є одне «але», ця плата недалеко пішла від тієї ж Audigy SE (600-900 руб.), Так як в ній використовується старий чіп, а ряд фірмових технологій, властивих X-Fi, реалізовані на програмному рівні. Краще не економити і взяти повноцінні X-Fi Xtreme Music (2800-3200 руб.) Або X-Fi Xtreme Gamer (2600-2900 руб.). Перша знята з виробництва та в продажу її практично немає, а ось другу знайти проблеми не складе.
Цікавою альтернативою продукції Creative може стати Auzentech Prelude 7.1, створена на тому ж процесорі X-Fi. Плата істотно перероблена, в ній з'явилися роз'єми S / PDIF Input / Output, використані твердотільні конденсатори, в наявності 64 Мб X-RAM, як і в топових платах від Creative. Також обіцяють істотно перероблені драйвера. Оголошена ціна за кордоном становить $ 200. Коли ця екзотика з'явиться у нас, неясно.
У будь-якому випадку, шанувальникам гарного звуку краще уникати спілкування з інтегрованим звуком. У більшості випадків нічого хорошого ви не відчуєте. Звичайно, HD-кодеки зробили крок вперед, та й виробники системних плат намагаються мінімізувати наведення, використовуючи додаткові конденсатори. До речі, Creative і на цьому терені відзначилася. У деяких системних платах ви можете побачити самий натуральний чіп Audigy або X-Fi. Це поки найкраще, що можна зустріти в материнках, кращим вибором залишається дискретна звукова карта.
креативна Алхімія
Вихід операційної системи Windows Vista прініс Creative масу проблем. Вся справа в тому, что в новій ОС Microsoft відмовілася від использование Direct Sound, віддавші предпочтение більш досконалої OpenAL. Однак більшість сучасних ігор засноване на EAX 2.0 і EAX Advanced HD, які, в свою чергу, базуються на Direct Sound. Таким чином, всі ці ігри при запуску в Vista позбавляються тривимірного звучання!
Creative заявила, що новими драйверами цю проблему не вирішити, і приступила до створення спеціальної програми ALchemy, покликаної повернути тривимірний звук старих ігор. В цілому їй це вдалося - за допомогою ALchemy процедурні виклики старих ігор з EAX перетворюються в формат викликів OpenAL.
І все б добре, якби не ложка дьогтю - тільки користувачам X-Fi ця утиліта дістанеться безкоштовно, власникам Audigy доведеться викласти $ 10.
Якість понад усе!
Звукова карта - важливий компонент системи, економити на ній не варто. Зрештою, після стількох років еволюції в цій сфері ми тепер можемо розраховувати на якісне звучання, яке не вдарить по гаманцю. Також не забувайте про акустику - без гідної пари колонок ніяка звукова карта вас не врятує.