1. Zvuková karta

2. Čo je to zvuková karta?
Zvuková karta (sound card) je zariadenie, ktoré slúži na počítačové spracovanie zvuku.
V závislosti na svojej kvalite zaisťuje kvalitný zvukový výstup z počítača vhodný i pre profesionálne účely.

3. Čo môžme pripojiť k zvukovej karte?
slúchadlá
reproduktory
zosilňovač
mikrofón
externé zdroje (rádio, magnetofón, gramofón)
ak je karta vybavená rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k nej pripojiť i elektronické hudobné nástroje vybavené rovnakým rozhraním (napr. elektronické varhany, syntetizátory apod.)

4. Schéma pripojenia zvukovej karty

5. Reproduktory pripojiteľné ku zvukovým kartám

6. Záznam zvuku pomocou zvukovej karty
Pri zázname zvuku pomocou zvukovej karty je nutné rozlíšiť dva základné prípady:
analogový signál - záznam je vykonávaný zo zdroja jako je mikrofón, rádio, magnetofón, audio CD. Takýto signál sa skladá z vĺn (kmitov), ktoré sú vytvárané vo vzduchu hlasivkami, hudobnými nástrojmi alebo prírodnými silami.
zdigitalizovaný signál - záznam sa vykonáva zo zdroja napr. elektronické varhany pripojené cez MIDI rozhranie. V tomto prípade sa priamo zaznamenávajú jednotlivé bajty odosielané týmto rozhraním.

7. Analógový signál
Pôvodný signál
V prípade príjmu analógového signálu je potrebné tento signál previesť na signál digitálny.
Prevod sa uskutočňuje pomocou vzorkovania (sampling). To znamená, že v každom časovom intervale je zistený a zaznamenaný aktuálny stav signálu (vzorka).
Je zrejmé, že čím kratší je tento interval, tým vyššia je vzorkovacia frekvencia, tým viac vzoriek bude zaznamenaných a tým bude výsledný záznam kvalitnejší.
Kvalitu je možné tiež ovplyvniť počtom rozlíšiteľných úrovní (kvantových hladín) v každej vzorke.
Vzorkovanie 20 Hz
Po rekonštrukcii

8. Kvalita zvuku
Pri zázname zvuku sa využíva Shannonov teorém vzorkovania, ktorý hovorí : Signál spojitý v čase je úplne určený postupnosťou vzorkov, odoberaných v rovnakých intervaloch, ak je ich frekvencia väčšia než je dvojnásobok najvyššej frekvencie, nachádzajúcej sa v signále.
Ak si uvedomíme, že ľudské ucho vníma zvuky od frekvencií 16 Hz - 20 Hz až do frekvencií 16 kHz - 20 kHz, je zrejmé, že frekvencia 44 kHz použitá pro CD kvalitu je dostačujúca.

9. Kvalita zvuku
Z toho vyplýva, že ak dôjde ku zníženiu vzorkovacej frekvencie, budú vo výslednom zázname chýbať vyššie frekvencie, čo sa pri prehrávaní záznamu prejaví ako strata výšok.
Ak je teda vzorkovacia frekvencia dostatočná, tak pri vysokej kvalite záznamu vznikajú veľmi veľké súbory. Preto existujú algoritmy, ktoré dovoľujú urobiť stratovú kompresiu, ktorá kvalitu výsledného záznamu podstatne neovplyvní.

10. Kvalita zvuku
Prevod analógovej hodnoty na digitálnu a naopak zabezpečujú A/D, resp. D/A prevodníky 12-bit, 16-bit, 20-bitové
Táto kompresia sa môže vykonávať buď po vytvorení záznamu alebo v reálnom čase priamo pri zázname.
Záznam v reálnom čase umožňujú kvalitnejšie karty, vybavené špeciálnymi procesormi, tzv. signálovými procesormi (DSP – Digital Signal Processor)

11. Zdigitalizovaný signál
Takýto signál možno získať napr. z elektronických varhan, pripojených pomocou MIDI rozhrania. V takomto prípade sa už nevykonáva vzorkovanie, ale sa zaznamenávajú priamo bajty dát, zasielané cez dané rozhranie.
Tieto bajty obsahujú informácie ako sú napr :
druh nástroja (piano, husle, varhany, flauta ...)
výška tónu ( podľa stupnice )
dĺžka tónu ( celá, pólová, štvrťová, osminová nota )
dynamika úderu na klávesu
a podobne
Pre prehratie takého záznamu je nevyhnutné, aby zvuková karta bola schopná podľa týchto informácií sama vytvárať jednotlivé potrebné tóny.

12. Zvukové cykly
Pri tvorbe zvuku pomocou zvukovej karty sa vychádza zo skutočnosti, že pri každom hudobnom nástroji má jeho zvuk podobu cyklu, tzv. obálky.
Obálka hudobného nástroja ( zafarbenie jeho tónu) je charakterizovaná niekoľkými časťami :
Nástup (Attack)
Pokles (Decay)
Trvanie (Sustain)
Doznievanie (Release)

13. Zvukové cykly
Konkrétne hodnoty jednotlivých fáz cyklu sú charakteristické pre každý hudobný nástroj a zvuková karta tieto hodnoty čo možno najpresnejšie dodržiava. V opačnom prípade by zvuky strácali na vernosti.

14. Časti cyklu hudobných zvukov

15. Sound Blaster AWE32

16. Sound Blaster AWE64

17. Gravis ultrasound

18. Vytváranie zvuku Existujú dve metódy : FM syntéza:
realizovaná tzv. FM syntetizátorom (obvod OPL 2, OPL 3 nebo OPL 4). Táto metóda vychádza zo skutočnosti, že každé vlnenie je možno zostaviť zložením vybranej série sínusových frekvencií o vhodnej frekvencii a amplitúde.
Wave Table syntéza:
používaná u drahších zvukových kariet. Táto metóda používá priamo navzorkovaný signál skutočného nástroja, uložený vo svojej vlastnej pamäti (ROM ). Pretože nie je možné, aby v pamäti boli uchované vzorky všetkých výšok tónov od všetkých nástrojov, je v pamäti vždy uložený jeden tón od každého nástroja. Rôzne výšky tohto tónu sa dosahujú rôznou rýchlosťou prehrania tohto vzorku.

19. Novinky mezi zvukovými kartami
Sound Blaster Audigy 2
Sound Blaster Live!
Již v průběhu měsíce září se na našem trhu objeví nová generace zvukových karet od firmy Creative Technology, s názvem Sound Blaster Audigy. Srdcem karty je stejnojmenný procesor s vestavěnou efektovou jednotkou. Algoritmy DSP jsou uzpůsobeny pro komplexní výpočty audio efektů a prostorového ozvučení. Mezi SW vybavení, které plně využívá nového Audigy, se řadí především EAX Advanced HD. Ten nabízí následující funkce:

20. Audio efekty pre ozvučenie počítačových hier:
Multi-Environment - možnosť súčasnej simulácie štyroch akustických prostredí v reálnom čase
Environment Morphing - pre prirodzený prechod medzi jednotlivými prostrediami s plynulým prelínaním ich akustických charakteristík v reálnom čase.
Environment Panning - plne priestorová simulácia vzdialeného prostredia
Environment Reflections - simulácia odrazov zvukov známych z reálneho prostredia
Environment Filtering - využíva high-pass filtre pre presnú simuláciu zvuku v interiéri a exteriéri

21. Zvukové efekty hudobných nahrávok
Audio Clean-Up - odstraňuje nežiadúci šum a praskanie z nahrávok vo formáte MP3
Time Scaling - zmena rýchlosti nahrávky bezo zmeny výšky tónu a kvality
EAX Advanced HD Audio Effects - prednastavené efekty a charakteristiky rozmanitých akustických prostredí.
Dream - patentovaný algoritmus pre vytvorenie priestorovej Surround nahrávky z ľubovolného stereo audio souboru

22. Ďalšie komponenty zvukovej karty
Digital Signal Processor (DSP) – digitálny signálový procesor
je to špecializovaný procesor pre spracovanie zvukových signálov. Jeho úlohou je odľahčiť hlavný CPU uskutočňovaním výpočtov pre digitálnu a analógovú konverziu.
DSP vie súčasne spracovávať viackanálové zvuky v reálnom čase, čo súvisí s prehrávaním videa v reálnom čase
Pamäť – Podobne ako grafická
karta aj zvuková karta používa
vlastnú pamäť na zrýchlenie
spracovania dát

23. Ďalšie komponenty zvukovej karty
Vstupné a výstupné konektory
slúžia na pripojenie mikrofónu, slúchadiel, MIDI zariadení, joysticku, reproduktorov, zosilňovačov výst.signálu, audio vstup z CD-ROM
viacnásobné konektory pre 3D-zvuk a surround
zvuk
Sony/Philips Digital Interface (S/PDIF)
využíva prenosový súborový protokol pre audio dáta
používa buď koaxiálne alebo optické pripojenie vstupu a výstupu zvuk. karty
Musical Instrument Digital Interface (MIDI)
slúži k pripojeniu syntezátorov alebo iných
hudobných elektronických nástrojov
k počítaču
FireWire a USB konektor
pripája digitálny audio alebo videorekordér
ku zvuk. karte

24. Spolupráca zvukovky s aplikáciami
Jednotlivé aplikácie ovládajú zvukovú kartu pomocou driverov, ktoré uľahčujú operačnému systému prístup ku samotnému hardwéru zvukovej karty.
APIs - Application Program Interfaces – je to sada pravidiel alebo štandardov, ktoré tieto drivery zvukovej karty musia spĺňať
Najčastejšie tieto API zahrňajú produkty od firiem :
- Microsoft : DirectSound
- Creative : Environmental Audio Extensions (EAX) a Open AL (Audio Language )
- Sensaura : MacroFX
- QSound Labs : QSound

25. Creative Sound Blaster X-Fi Elite Pro

26. 3-D Sound vs. Surround Sound
3-D sound – 3D zvuk
poskytuje rýchlo sa meniaci dynamický zvuk, prichádzajúci z rôznych strán, ktorý sa mení na základe pozície poslucháča v priestore ( 3D hry )
Umožňuje realisticky stvárnený postup zvukových vĺn okolo alebo cez prekážky
Surround sound - obklopujúci zvuk
Využíva takisto zvuk prichádzajúci z rôznych strán, ale zvuk sa nemení pri zmene polohy poslucháča v priestore. Toto sa využíva napr. v domácich kinách
Reproduktorový systém domáceho kina