مقدمه اي بر سخت افزار كارتهاي صدا

كارت صدا يكي از عناصر سخت افزاري رايانه است كه باعث پخش و ضبط صدا مي گردد. قبل از گسترش كارت هاي صدا، صدا در رايانه توسط بلند گوهاي داخلي ايجاد مي شد. اين بلند گوها توان خود را از برد اصلي مي گرفتند.
استفاده از كارت صدا از اواخر سال ۱۹۸۰ شروع شد. در حال حاضر شركت هاي متعددي توليدات خود را در اين زمينه به بازار عرضه مي كنند. كارت صوتي همانند كارت گرافيكي بر روي برد اصلي نصب مي شود و در پشت آن چند فيش براي ميكروفن و بلند گو قرار دارد. وظيفه كارت صدا آماده سازي سيگنال ها جهت پخش و دريافت سيگنال هاي ورودي از ميكروفن و آماده كردن آنها براي ذخيره در رايانه است.
كارت صدا، كارت صوتي نيز ناميده مي شود و در بسياري موارد مي تواند اصواتي با كيفيت بسيار عالي توليد كند.
صوت، يك سيگنال آنالوگ است كه به صورت موج پيوسته انتشار مي يابد. رايانه همواره در حال پردازش سيگنال هاي آنالوگ است، زيرا اين سيگنال ها دائماً در حال تغييرند. در واقع لازم است كه سيگنال هاي آنالوگ به بيت هاي رقمي (ديجيتال) تبديل شوند. اين عمل توسط وسيله اي به نام Analog to Digital Convertor ADC)) صورت مي گيرد.
سيگنال هاي ديجيتالي توليد شده مجدداً بايد به سيگنال هاي آنالوگ تبديل شوند تا بتوانند به وسيله بلند گو پخش شوند. اين عمل توسط سخت افزار ديگري به نام DACصورت مي گيرد.

صداهاي ديجيتال به فضاي زيادي بر روي ديسك نياز دارد. بنابراين به جاي ذخيره صدا آن را ايجاد مي كند. اين عمليات شبيه سازي صوتي نام دارد و به روش هاي زير صورت مي گيرد

مدولاسيون بسامد): اين روش به صورت كاملاً مصنوعي صدا را ايجاد مي كند و براي ساخت آن از دو موج سينوسي استفاده مي كند.
۲- جدول موجي (صداي موجي): اين روش كم هزينه و واقعي تر است. در اين حالت از تمامي وسايل موسيقي نمونه گيري شده است و صداي ديجيتالي توليد شده در يك جدول موج ذخيره شده است. در صورتي كه يك برنامه به صدايي احتياج داشته باشد اين جدول موج چه در كارت صدا و چه در ديسك، صداي واقعي را به برنامه مي دهد. فايل هاي صوتي با پسوند Wav در ويندوز صداهاي واقعي هستند كه از جدول موج استفاده مي كنند.
بنابراين آهنگسازان حرفه اي ترجيح مي دهند اين گونه كارت هاي صدا را استفاده نمايند. اين صداها در تراشه هاي رام كارت صوتي ذخيره مي شوند و در نتيجه بسياري از توليد كنندگان بزرگ بودن حافظه جدول صوتي را دليل مرغوب بودن كارت صدا مي دادند.
۳- ) MIDIرابط ديجيتالي ادوات موسيقي): اين روش برخلاف روش قبلي صداي توليد شده را ضبط نمي كند، بلكه اطلاعات صدا مانند كوك، دوام، بلندي و ساير موارد را ضبط مي كند. اين اطلاعات در يك قالب استاندارد در فايل ذخيره مي شود و يا به يك وسيله موسيقي جهت اجرا ارسال مي شود. بنابراين يك فايل MIDI مجموعه اي از دستور العمل ها در مورد چگونگي اجراي نت هاست.

- نمونه سازي فيزيكي:اين روش نسبتاً جديد است و بسته به نوع ساز شبيه سازي شده است. با اينكه داراي صداي خوبي است اما بار زيادي بر پردازنده اصلي وارد مي سازد.
اجزاي تشكيل دهنده كارت صدا
- پردازنده سيگنال هاي ديجيتال كه عمليات مورد نظر را انجام مي دهند.
- مبدل آنالوگ به ديجيتال (ACD) براي صوت ورودي به رايانه
- مبدل ديجيتال به آنالوگ (DAC)
- حافظه ROM يا فلش جهت ذخيره سازي اطلاعات
- اينترفيش دستگاه هاي موزيكال ديجيتالي (MIDI) جهت اتصال دستگاه هاي موزيك خارجي
- كانكتورهاي لازم جهت اتصال به ميكروفن يا بلند گو
- پورت مخصوص بازي براي اتصال Joystick
كارت هاي صوتي قديمي عمدتاً از نوع ISA بوده اند، اما كارت صداهاي امروزي از نوع PCI هستند كه بر روي برد اصلي نصب مي گردند.
بيشتر مادربردها در حال حاضر كارت صدا را به صورت يك تراشه بر روي برد اصلي دارند.
انواع اتصال كارت صدا به رايانه
- بلند گو (Speaker)
- يك منبع ورودي آنالوگ (ميكروفن ضبط صوت و CD-Player)
- يك منبع ورودي ديجيتال نظير CD-ROM
- يك منبع آنالوگ خروجي نظير ضبط صوت
- يك منبع ديجيتال خروجي

شنيدن صوت
مراحل شنيدن صوت بر خلاف روش توليد صدا مي باشد كه در زير شرح داده شده است:
۱- داده هاي ديجيتال از هاردديسك خوانده مي شود و سپس در اختيار پردازنده اصلي قرار مي گيرد.
۲- پردازنده اصلي داده ها را براي Dsp موجود بر روي كارت صدا ارسال مي كند.
3- Dsp داده هاي ديجيتال را از حالت فشرده خارج مي كند.
۴- داده هاي ديجيتال غير فشرده شدن توسط Dsp بلافاصله با مبدل ديجيتال به آنالوگ (dac) پردازش و يك سيگنال آنالوگ ايجاد مي كنند. اين سيگنال هاي ايجاد شده از طريق هدفن يا بلند گو شنيده خواهد شد.

عمليات كارت صدا

كارت صدا چهار عمليات خاص در ارتباط با صدا انجام مي دهد:
- ضبط صدا با حالات متفاوت
- پخش موزيك هاي از قبل ضبط شده مانند: MP3، Wav و يا DVD
- تركيب نمودن صداها
- پردازش صوت هاي موجود

كارت هاي صدا حداقل 4 وظيفه را در كامپيوتر بر عهده دارد. آنها بعنوان synthesizer رابط MIDI و مبدل آنالوگ به ديجيتال (A/D) در حال ضبط كردن و مبدل ديجيتال به آنالوگ (D/A) در حال پخش عمل مي كنند. اكنون به توضيح هر كدام مي پرداريم:
The Synthesizer:
Synthesizer رساننده صدايي است كه كارت صدا توليد كرده است. در اينجا ما سه نوع سيستم داريم:

FM Synthesiz,Ware tables Sampling,Physical Modeling

:

ارزانترين كارتهاي صدا از تكنولوژي FM براي مدل كردن آلات موسيقي متفاوت استفاده مي كنند. اين كارتهاي صدا واقعاٌ Synthesizer هستند. كارت صدا اصواتي توليد مي كند كه از تركيب يك سري صداهاي مصنوعي ساخته شده است.

Ware tables Sampling:

Ware table بهترين وگرانترين تكنولوژي در كارتهاي صدا است. اين بدان معني است كه صدا در كارتهاي صدا از دستگاههاي واقعي ضبط مي شود. بعنوان مثال از روي يك پيانو يك نمونه كوچك ضبط و ذخيره مي شود و زماني كه موزيك اجرا مي شود در حقيقت شما به اين اصواتي كه بصورت نمونه ضبط شده است گوش مي دهيد، لذا زماني كه اين نمونه هاي صوتي داراي كيفيت بالايي باشند كارت صدا اصوات دل انگيزتري توليد مي كند. در اين حالت صداي پيانو مانند يك پيانو واقعي شنيده مي شود. سيستم Ware table در كارت صداهاي Blasters AWE بكار رفته است.

Physical Modeling:
در اين حالت اصوات توليدي در نتيجه نرم افزار مدل شده اند. در اين حالت به نظر مي آيد كه پروسسور بايد كار طاقت فرسايي انجام دهد.كارت صداهاي Orginal مارك Gold شامل صداي 14 دستگاه هستند كه بدين روش مدل شده اند.

آزمايش صدا:
كيفيت اصلي كارت صدا را بوسيله اجراي يك فايل MIDI مي توان امتحان كرد. در اين حالت براحتي مي توانيد تفاوت را احساس كنيد. همچنين در تعداد نت هايي كه در يك لحظه مي تواند اجرا شود هم، تفاوت وجود دارد.
اگر شما مي خواهيد موزيك خود را در كامپيوتر خود بسازيد، الزاماٌ براي ساختن اين موزيك از صداهاي موجود در كامپيوتر خود استفاده كرده ايد و هرچه كار شما بزرگتر باشد نمونه صداهاي بيشتري احتياج داريد.
بعضي كارتهاي صدا نمونه هاي صداهاي جديد را مي پذيرند و شما مي توانيد نمونه هاي جديد خود را ذخيره سازيد. در اين حالت كارت صدا يك RAM بعنوان حافظه در خود دارد تا بتوانيد صداهاي مورد نظر را روي آن دانلود كنيد.

مبدل آنالوگ به ديجيتال:
زمانيكه در حال ضبط صداهاي آنالوگ هستيد(مثلاٌ هنگام ضبط صدا از ميكروفن) به يك مبدل آنالوگ به ديجيتال احتياج داريد و مبدل ديجيتال به آنالوگ نيز زماني استفاده مي شود كه صداي ديجيتال بايد مجدداٌ براي آمپلي فاير اسپيكرهاي شما به سيگنال آنالوگ تبديل شود.
امواج صدا پس از اين كه از طريق ميكروفن به كارت صدا منتقل مي شوند، در آنجا به يكسري پالسهاي ديجيتال تبديل مي گردند كه هر از چند گاهي در يك فايل ذخيره مي شوند. بنابراين ضبط يك صوت در كامپيوتر شامل يك فرآيند تبديل آنالوگ به ديجيتال ميباشد. اما در حالت اجراي يك فايل صوتي جريان بيتهاي صفر و يك اطلاعاتي تبديل به سيگنالهاي آنالوگي مي شوند كه در نهايت به بلندگوي اسپيكر شما ختم مي گردد.

فرآيند نمونه گيري:
همانطور كه ذكر شد ضبط ديجيتالي صدا را بعنوان نمونه گيري شناختيم. شما مي توانيد هر صدايي را كه مي خواهيد، روي يك فايل ذخيره كنيد و براي اينكار كافي است شما كارت صدايي بهمراه ميكروفن داشته باشيد. عمليات نمونه گيري نيز مي تواند با روشها و كيفيتهاي متفاوت انجام پذيرد:
نمونه گيري 8 بيتي يا 16 بيتي،11.22 يا 44 كيلو هرتز، استريو يا مونو
عددي كه بر حسب كيلو هرتز بيان مي شود نشان مي دهد كه صدا نمونه هاي صوتي چند هزار بار در ثانيه ضبط مي شود.

كيفيت صداي نمونه گيري شده:
يك نمونه صدا مانند صداي ضبط شده روي نوار كاست است كه كيفيت آن مي تواند خوب يا بد باشد در اينجا بر نحوه تنضيمات براي كيفيت گذري مي كنيم.
در هنگام ضبط صداي ديجيتالي در هر ثانيه چندين نمونه از صدا گرفته مي شود هر چه تعداد اين نمونه ها در واحد زمان بيشتر باشد كيفيت بهتر است. طبيعتاً يك نمونه گيري بدون وقفه از سيگنال صوتي بهترين كيفيت را خواهد داشت ولي در عمل غير ممكن است.
براي ضبط سي دي هاي صوتي ( Audio CD ) به تعداد 44100 بار در ثانيه از سيگنال صوتي نمونه گيري مي شود.
كيفيت با واحد Hz و رزولوشن با تعداد بيت اندازه گيري مي شود. هر چه مقدار KHz بيشتر باشد كيفيت بهتر مي شود اما فايل شما هم بزرگتر مي شود. نمونه گيري 8 بيت يا 16 بيت به اين اشاره دارد كه چه مقدار اطلاعات از سيگنال صوتي در هر بار نمونه گيري ذخيره شود. 16 بيت يك كيفيت خوب به ما تحويل مي دهد.
فرض كنيد فايل صوتي ديجيتال شما استريو 2 كانال 16 بيت در 44.1KHz باشد حجم فايل صوتي به صورت زير خواهد بود

176400=44100 نمونه در ثانيه*16 بيت* 2 كانال

همانطور كه مي دانيد 8 بيت برابر يك بايت است بنابراين اندازه فايل ها با كيفيت CD در حالت استريو به صورت زير خواهد بود
زمان اجرا حجم فايل 1 دقيقه 10 مگابايت 1 ساعت 605 مگابايت 74 دقيقه 746 مگابايتآنچه در اينجا مي بينيد مربوط به فايل با فرمت Wave است. استريو 16 بيت و 44KHz كيفيت بسيار خوبي در اختيار شما قرار مي دهد اما فايلهاي با فرمت Wave حجم زيادي اشغال مي كنند فايلهاي MP3 بسيار فشرده شده اند در مورد اين فرمت در آينده صحبت خواهيم كرد.