Kompiuterio garso įranga
Kompiuterio garso įranga skirta bylose įrašytiems garsams atkurti, įvairiems garsams sintezuoti (pvz., muzikai, kalbai, triukšmui), garsui įvesti į kompiuterį iš mikrofono, MIDI instrumento ar kito įtaiso. Specialių programų valdoma ji gali kurti įvairius garso efektus (pvz., reverberaciją, daugiabalsiškumą, erdvinį garsą), stiprinti analoginį signalą ir keisti jo dažnines savybes, leidžia kurti muziką, “karpyti” ir “klijuoti” įrašą, “piešti” garsą (pvz., pašalinti kai kuriuos įrašo defektus, pele “pataisant” garso signalų vaizdą ekrane), kalbėtis telefonu per internetą.
Kompiuterio garso įrangą sudaro: procesorius garsui generuoti; analoginiai-skaitmeniniai keitikliai analoginiams išorinio garso šaltinio (pvz., mikrofono) signalams paversti skaitmeniniais; skaitmeniniai-analoginiai keitikliai generuojamiems skaitmeniniams garso signalams paversti analoginiais; dažnio stiprintuvai; valdymo įtaisai; atmintinės su BIOS bei garsų fragmentų įrašais; valdymo programos.
Analoginiai garso signalai per garso signalo įvesties jungtį patenka į analoginį-skaitmeninį keitiklį (A/S), per garso procesorių (GP) arba tiesiai per kompiuterio RAM bylos pavidalu įrašomi į diskinį kaupiklį.
Diskiniame kaupiklyje įrašyti garsai atkuriami, perduodant įrašą per RAM atmintinę, garso procesorių arba tiesiai į skaitmeninį-analoginį keitiklį (S/A), paskui į garso signalo stiprintuvus (S). Garso procesorius naudojamas skaitmeniniam signalui filtruoti, įvairiems efektams (pvz., reverberacijai) sukurti, garso įrašui suglaudinti.
Garso signalams įrašyti, apdoroti ir atkurti yra bent du lygiagretūs signalo perdavimo kanalai. CD-ROM kaupiklio analoginiai garso išvesties signalai paduodami tiesiai į garso stiprintuvus.
Garso įrašymo ir atkūrimo kokybė labai priklauso nuo to, kaip tiksliai analoginis signalas yra paverčiamas skaitmeniniu ir atvirkščiai. Analoginis signalas skaičiais bus aprašomas tuo geriau, kuo dažniau (diskretizuojant) ir tiksliau (kvantuojant) bus matuojamos jo momentinės reikšmės (Sampling). Geresnės kokybės garsui įrašyti reikia daugiau vietos diskiniame kaupiklyje. Atkuriamo garso kokybė taip pat priklauso nuo stiprintuvo bei akustinės sistemos savybių.
Garso įrašo apimčiai sumažinti jį galima suglaudinti specializuotomis programomis. Pavyzdžiui, muzikiniams įrašams perduoti palyginti siaurais interneto kanalais naudojamas MP3 (MPEG Audio Layer 3) formatas. Juo beveik nepakenkiant įrašo kokybei, duomenys suglaudinami maždaug dešimt kartų. Tada CD kokybės įrašui perduoti pakanka 17 KB/s spartos kanalo.
MIDI (Musical Instruments Digital Interface) bylose įrašyti ne garsai, o muzikos kūriniui atlikti skirtų instrumentų numeriai, kūrinio atlikimo stilius, natos, garso stiprumas. Duomenys, užimantys šimtus kartų mažiau vietos negu tikro garso įrašas, skirti muzikos sintezatoriams valdyti.
MIDI – tai muzikinių instrumentų (pvz., klaviatūrų, gitarų) skaitmeninė sąsaja MIDI įtaisams tarpusavyje sujungti. Kompiuteris per ją gali valdyti visus instrumentus, gebančius vykdyti mikroprocesoriaus komandas (pvz., sintezatorius. ritmo instrumentus), o instrumentai kompiuteriui gali perduoti informaciją apie veiksmus ir būseną.
Kiekvienam muzikiniam kūriniui pagroti reikia natų sąsiuvinio, kuriame tas kūrinys yra užrašytas tam tikru kodu (natomis ir kitais muzikiniais ženklais). Kaip tik tokios informacijos perdavimą elektroniniams muzikos instrumentams arba kompiuterio garso sintezatoriui ir standartizuoja MIDI. Per MIDI sąsają iš karto galima perduoti ne tik partitūrą visam orkestrui, bet ir įrašyti elektroniniu instrumentu grojamų melodijų partitūras.
MIDI paprastai valdo šešiolika nepriklausomų kanalų. Kiekvienas kanalas turi savo numerį. MIDI instrumentais arba sintezatoriais sukurti garsai vadinami balsais. Kanalu galima perduoti kelis balsus. Nuo sintezatoriaus programos priklauso, kaip skambės perduotoji nata. MIDI sistemos programa generuoja 128 instrumentų balsus.
Kompiuteriuose taikomi trys garsų sintezės būdai: dažninė – žemesnio dažnio signalo moduliacija aukštesnio dažnio signalu (FM – Frequency Modulation), garso atmintinėje skaitmenine forma įrašytų trumpų natūralių garsų fragmentų apdorojimas tam tikru būdu (Wave Table Synthesis), virpesių atsiradimo ir kitimo procesų tikrame instrumente modeliavimas (Physical Modelling).
Sintezuojant FM metodu, keičiamo dažnio ir amplitudės harmoniniai virpesiai moduliuojami kitais keičiamo dažnio ir amplitudės harmoniniais virpesiais ir moduliuoti virpesiai sumaišomi. Taip gaunami sudėtingi virpesiai, imituojantys tam tikrą instrumentą. Gautojo signalo intensyvumas keičiamas taip, kad atitiktų sintezuojamam instrumentui būdingą signalo intensyvumo kitimą (pvz., klavišinio ar pučiamojo instrumento). Taip sintezuoti instrumentų garsai skiriasi nuo realių instrumentų garsų. Tokie sintezatoriai gerai tinka tik žaidimams įgarsinti. Dažniausiai FM sintezė taikoma kartu su kitais garso sintezės būdais.
Artimesni natūraliems yra garsai, sintezuojami iš garso atmintinėje saugomų natūralių garsų fragmentų. Instrumentui imituoti dažniausiai pakanka dviejų trijų atmintinėje saugomų trumpų jo skambesio įrašų, pavyzdžiui, garso atsiradimo ir nusistovėjusio garso. Grojimo instrumentu įspūdis sukuriamas kartojant įrašą, keičiant jo toną ir intensyvumą. Garso tonas aukštinamas skaitant kas kelintą atmintinėje įrašyto skaitmeninio signalo reikšmę, o žeminamas tas pačias reikšmes skaitant kelis kartus. Instrumento garso natūralumas priklauso nuo garso fragmentų įrašų kokybės, jų parinkimo bei apdorojimo. Kuo didesnis įrašomo garso signalo diskretizavimo dažnis ir daugiau kvantavimo lygmenų, tuo tikslesnis bus įrašytasis ir atkurtasis garsas. Kokybiškam skaitmeniniam garso įrašui išsaugoti reikia talpios atmintinės.
Garsų sintezatoriams, kurie modeliuoja virpesių atsiradimo ir kitimo procesus tikrame instrumente, nereikia talpios atmintinės, bet reikia sudėtingo ir labai spartaus garso procesoriaus, kuris suspėtų modeliuoti instrumento kuriamus virpesius. Šie sintezatoriai pranašesni dar ir tuo, kad grojant MIDI instrumentu galima keisti daug jo parametrų.
Dauguma garsų sintezatorių turi kelis ar keliolika nepriklausomų garso kanalų, kurie gali sintezuoti įvairius garsus, sumaišydami vidinių programuojamųjų generatorių kuriamus signalus. Programiškai galima keisti kiekvieno kanalo pagrindinį dažnį ir stiprumą, moduliuoti jį pasirinktos formos ir dažnio signalu, įmaišyti specialiai generuojamus triukšmus ir t.t. Tokie sintezatoriai turi vidinę RAM, į kurią jie pasiima tam tikrą programos dalį ir ją vykdo nepriklausomai nuo pagrindinio procesoriaus.
Labiausiai paplitęs MIDI instrumentas yra klaviatūra. Valdoma sintezatoriaus, ji gali imituoti įvairius instrumentus. Klavišo paspaudimo visiškai pakanka sintezatoriui valdyti. Klaviatūroje gali būti penkios oktavos. Tada, ją suskirsčius zonomis, kairiąja ir dešiniąja ranka galima groti skirtingais instrumentais.
Taip pat gaminamos MIDI gitaros. Jų kiekviena styga yra sujungta su keitikliu, kuris garsą paverčia MIDI duomenimis. Tokia gitara skamba švariau negu įprastinės elektroninės gitaros.
MIDI mušamieji turi išvesties jungtį, per kurią gali būti sujungti su kitais instrumentais. Kiekvienas instrumentas gali valdyti atskirą kanalą. Visus mušamuosius galima sujungti į vieną kanalą ir juo perduoti specifinį kiekvieno instrumento skambėsi.
Moderni kompiuterio garso įranga gali atkurti ir sukurti erdvinį (3D Sound) garsą. Sukurti algoritmai ir procesoriai, kurie su stereofonine sistema, sudaryta tik iš dviejų garsintuvų, imituoja erdvinį garsą: sudaromas įspūdis, kad garsą skleidžiantis objektas yra ne tik tarp klausytojo ir garsintuvų, bet visoje erdvėje aplink klausytoją, kuris net jaučia objekto buvimo vietą (Positional Audio).
Stereofoninis erdvinio garso įspūdis sudaromas įvertinant žmogaus klausos specifines savybes. Pavyzdžiui, žinoma, kad iš kairės pusės sklindantis garsas, patekęs į kairiąją ausį, suvokiamas truputį anksčiau ir kiek kitokio aukščio negu garsas, patekęs į dešiniąją ausį. Erdvinis garsas gerai girdimas tik tada, kai klausytojas yra tam tikroje vietoje garsintuvų atžvilgiu.
Kompiuterio garso įranga sukurto signalo galia yra maža, jos pakanka ausinėms bei mažiems garsintuvams. Stipresniam ir kokybiškesniam garsui gauti reikia turėti gerą akustinę sistemą su stiprintuvais ir gerai parinkti garsintuvų vietą.
