Звуковая карта на компьютер зачем нужна

Зачем вашему компьютеру может понадобиться отдельная звуковая карта

Звуковые карты для ПК появились в продаже несколько десятков лет назад, но сейчас любая уважающая себя материнская плата имеет встроенный аудиочип. Зачем же может понадобиться отдельная звуковая карта? Ведь их по-прежнему продают в магазинах. Давайте попробуем разобраться.

Начнем с самого начала. Звуковая карта — специальный компонент компьютера, главная задача которого — конвертация цифрового аудиосигнала в аналоговый (тот, который можно воспроизвести в наушниках или на колонках аудиосистемы). Если это внутренняя звуковая карта, она использует слот PCI или PCIe, если внешняя, то обычно подключается через USB.

Главная причина покупки отдельной звуковой карты — необходимость улучшить качество звука. Встроенные аудиочипы вполне пригодны для использования с дешевыми наушниками и стереоколонками, но если вы считаете себя аудиофилом, они не подойдут.

Отдельная звуковая карта не только улучшит соотношение сигнала к шуму, но и в большинстве случаев обеспечит более мощное и качественное усиление этого самого сигнала. Кроме того, ее детали надежно защищены от помех, которые часто встречаются в тех случаях, когда вы подключаете наушники или колонки к выходам на каком-нибудь дешевом корпусе.

Иногда отдельная аудиокарта нужна тогда, когда встроенный чип не может справиться с файлами редких форматов. Впрочем, такие случаи сейчас встречаются крайне редко.

Также отдельная карта может понадобиться тогда, когда стандартных портов на материнской плате попросту не хватает. К примеру, если вам нужен и оптический выход, и выход на наушники, и выходы для аудиосистемы с объемным звучанием.

Если вы всерьез занимаетесь или хотите заняться продюсированием музыки, без звуковой карты (или внешнего аудиоинтерфейса) не обойтись — только она обеспечит должный уровень качества вывода звука и его записи.

Кстати, если говорить о внешних звуковых картах, то их чаще всего покупают владельцы ноутбуков — внутрь ноутбука полноразмерную PCIe-карту не уместить. Можно обойтись простым внешним ЦАП (или ЦАП с усилителем) — недорогим и почти наверняка гораздо более эффективным, чем аудиочип внутри вашего лаптопа. К тому же он предложит удобные элементы управления громкостью звука — ее не придется изменять «ползунком» операционной системы или горячими клавишами.

В общем, причин для покупки отдельной звуковой карты предостаточно, особенно в том случае, когда ваши уши способны различить разницу. Не уверены, что ваши уши на это способны? Вы наверняка удивитесь, но эту разницу может услышать подавляющее большинство людей.

В следующем разделе мы предложим вашему вниманию несколько звуковых карт — и внутренних, и внешних, и недорогих, и топовых. Выбрать вариант по карману и потребностям сможет каждый!

8 звуковых карт, которые можно купить в нашем каталоге

Creative Sound Blaster Audigy Rx

Внутренняя модель для тех, кто ищет что-то с приемлемой ценой. Audigy Rx поддерживает 7.1-канальный звук с соотношением сигнал/шум 106 дб, а также оснащена продвинутым чипсетом с высококачественным EAX-движком. Она с легкостью разгрузит процессор и возьмет задачу обработки объемного звука на себя.

Небольшой минус только один — отсутствие коаксиального интерфейса S/PDIF.

Особенности:

• внутренняя
• PCI-E
• многоканальный звук
• ЦАП: 24 бит/192 кГц
• EAX 4, ASIO 2.0

ASUS Xonar Essence STX II

Эта модель, наоборот, предназначена для самых дорогих ПК. Xonar Essence STX II имеет соотношение сигнала к шуму 124 дБ, встроенный усилитель (сопротивление — аж до 600 Ом), а также возможность тонкой настройки звука даже для самых чувствительных наушников. Питание осуществляется через отдельный Molex-коннектор.

Минус этой модели очевиден — очень высокая цена, которая вряд ли оправдывает себя практически во всех случаях.

Особенности:

• внутренняя
• PCI-E
• ЦАП: 24 бит/192 кГц
• EAX 2, ASIO 2.0

Creative Sound Blaster Z

Это среднебюджетный вариант с фирменным чипом Creative Sound Core3D Audio Processor и поддержкой технологии SBX Pro Studio. Соотношение сигнала к шуму составляет 116 дБ, а благодаря высококачественным конденсаторам звук всегда будет на высоте. Идеальный вариант для геймеров, которые общаются со своими друзьями в голосовых чатах — технология CrystalVoice обеспечит кристально чистый голос.

Особенности:

• внутренняя
• PCI-E
• многоканальный звук
• ЦАП: 24 бит/192 кГц
• EAX 5

Creative Sound BlasterX AE-5

Эта звуковая карта не только стильно и современно выглядит (есть даже настраиваемая RGB-подсветка!), но еще и оснащена дискретным усилителем наушников Xamp — каждый аудиоканал усиляется индивидуально, что позволяет каждому динамику звучать лучше. ЦАП на борте — высококачественный SABRE32 Ultra Class. Правда, за все эти радости придется заплатить — эта модель не из дешевых.

Особенности:

• внутренняя
• PCI-E
• многоканальный звук
• ЦАП: 32 бит/352.8 кГц

Fiio Olympus 2-E10K

Если вы постоянно слушаете музыка, а также часто перемещаетесь между компьютерами или используете ноутбук, то этот внешний усилитель — как раз для вас! При этом на нем есть не только стандартный выход на наушники, но и коаксиальный выход с линейным выходом — на задней панели. А цена — не такая уж и кусачая.

К сожалению, к ПК подключить Olympus 2-E10K можно только с помощью устаревшего кабеля Mini-USB.

Особенности:

• усилитель для наушников
• стерео
• каналов: 2 x 0.2 Вт, 20-20000 Гц
• С/Ш 105 дБ

Creative Sound Blaster Omni Surround 5.1

Красивая внешняя звуковая карта, которая станет украшением любого рабочего стола (правда, учитывайте то, что придется найти для нее место) и поддерживает высококачественный 5.1-канальный звук. Также есть встроенный двойной микрофон, который можно использовать для голосовых вызовов и в играх. Ну а усилитель внутри может работать с наушниками с сопротивлением до 600 Ом.

Особенности:

• внешняя
• USB
• многоканальный звук
• ЦАП: 24 бит/96 кГц

Creative Sound BlasterX G1

Если вам нужна бюджетная внешняя аудиокарта для игр, то лучше BlasterX G1 найти что-то будет сложно. Здесь есть и высококачественный аудиочип BlasterX Acousitc Engine, и 7.1-канальный звук, и даже специальный режим X-Plus, который в шутерах позволит лучше слышать звуки шагов и выстрелы ваших противников.

Единственный ощутимый минус G1 заключается в том, что она использует комбинированный аудиовход, который одновременно обслуживает и наушники, и микрофон.

Особенности:

• внешняя
• USB: 2.0
• ЦАП: 24 бит/96 кГц
• АЦП:24 бит/48 кГц

Creative Sound BlasterX G6

BlasterX G6 — топовая внешняя аудиокарта с продвинутым ЦАП и мощным усилителем. Она поддерживает подключение не только к ПК, но и к игровым консолям — для тех геймеров, чей кошелек может выдержать такой удар, это идеальный вариант. Пара минусов, впрочем, есть и здесь — кабели в комплекте не очень длинные, а для питания используется старый порт micro-USB.

Как выбрать звуковую карту

Эту статью можно не только прочитать, но и прослушать:

Общие моменты для начинающих

С разнообразием аудиокарт на рынке выбор становится трудной задачей. В этот раз мы не станем делать топ, рассказывать о новинках и делать сравнительный анализ. Вместо этого мы расскажем об основных принципах, которые помогут выбрать девайс под свои задачи, и при этом не поддаться рекламе. Материал пригодится начинающим.

В бытовых ситуациях внешнюю аудиокарту покупают для прослушивания музыки дома, когда хотят вывести на новые колонки звук лучшего качества и с меньшим уровнем шумов, чем может обеспечить чип на плате компьютера.

Аудиоинтерфейс для работы с музыкой нужен для домашней студии — встроенный чип относится к устройствам потребительского уровня, значит что-то подключить, усилить и записать не получится. В случае с Windows профессиональный интерфейс работает с другой программной средой. Вместо стандартного Realtek HD работают драйверы на основе протокола ASIO.

Если ваши планы совсем скромные — например, записывать свой голос для стримов – вам может хватить и USB-микрофона. Но вот если вы хотите записать вокал или, скажем, гитару, вам понадобится аудиокарта с подходящими для этого функциями. Чтобы записываться, нужны разъемы XLR для микрофона и hi-Z разъем для гитары. А для вывода сигнала на колонки или наушники нужны будут соответствующие выходы. Выход должен быть таким, чтобы насколько возможно исключить шумы, задержку и джиттер (когда при передаче цифрового сигнала слышен рассинхрон, читаемость ухудшается, появляются помехи).

Характеристики

Когда наступает пора выбирать интерфейс, есть риск запутаться в характеристиках. Среди них есть основные качества, на которые нужно сначала обратить внимание во время покупки. С этими характеристиками вам нужно сопоставить свои задачи.

• Количество разъемов (I/O) и виды соединения с другими устройствами
• Способ соединения с компьютером/планшетом
• Внешняя DSP-обработка
• Комплектация
• Качество звука
• Бюджет

Входы и выходы

Это один из главных параметров при покупке. На базовом уровне стоят интерфейсы с двумя каналами, с которыми можно одновременно записать два аудиосигнала в моно или один в стерео. От таких карт функционал может дорасти до дорогих систем, которые могут сконвертировать в «цифру» и принять сигналы с десятков каналов одновременно. Определитесь, что вам нужно записывать сейчас и в ближайшем будущем.

Например, если вы сонграйтер, который использует карту для голоса и акустической гитары, будет достаточно двух микрофонных входов. Если оба микрофона будут конденсаторные, на каждом входе должна быть подача фантомного питания. Для записи нескольких человек с инструментом уже понадобится интерфейс с четырьмя входами.

Если вы играете на басу, электрогитаре или клавишах, вам желательно иметь прямой способ подключения к карте. Понадобится вход hi-Z – через этот разъем передается сигнал соответствующего уровня.

Для внешнего оборудования, например драм-машины, семплера и процессора эффектов, нужны линейные разъемы. Они понадобятся, когда вы подключаете к интерфейсу студийные мониторы и предусилители для наушников.

Для некоторых девайсов требуются цифровые разъемы. Самые распространенные — это S/PDIF и ADAT, через которые в аудиоинтерфейс подключаются многоканальные микрофонные предусилители. Так можно записать больше источников звука одновременно или освободить штатные аналоговые входы. Интерфейс с двумя или четырьмя микрофонными предусилителями и входом ADAT можно расширить до десяти или двенадцати входов.

Прежде чем покупать аудиоинтерфейс, сделайте схему из всех инструментов и оборудования, которые вы хотите подключить. Подумайте, какое оборудование нужно будет использовать одновременно.

И, наконец, обратите внимание на драйверы и то, как они работают с Windows или MacOS. Стабильность — решающий фактор.

Способ соединения с компьютером

USB: самый распространенный способ подключения. Удобен в том числе тем, что многим аудиокартам достаточно питания только через USB. USB 2.0 постепенно вытесняется стандартом 3.0. Обратите внимание, разъем и шина — это разные вещи! Бывает, что разъем устройства уже Type-С, а шина работает по старому стандарту 2.0. iOS-совместимые устройства тоже подсоединяются по USB.

FireWire: преимущественно Mac-формат, который медленно замещается Thunderbolt. Разъем быстрый и подходит для многоканальной записи.

Thunderbolt: этой шиной оборудованы новые компьютеры Apple. Владельцы также справляются установкой карты расширения. Формат отличается очень высокой скоростью передачи пакетов данных и сверхнизкой задержкой.

PCIe (PCI Express): внутренняя карта такого формата в итоге заняла нишу сугубо профессиональных решений для больших студий, а также пользователей экосистемы Avid ProTools. Используется в стационарных компьютерах, аудиоинтерфейсы устанавливаются в виде дополнительной платы. PCIe отличается большой пропускной способностью и низкой задержкой. Карты обычно обладают большим количеством разъемов. Для ноутбука скорее не предназначена.

Внешняя DSP-обработка

Под этим подразумевается наличие отдельного чипа, мощности которого целиком задействуются для обработки цифровых эффектов. Компьютер значительно разгружается, что положительно сказывается на общей производительности системы. Чип поставляют с комплектными плагинами высокого класса, которые используются как серьезный студийный инструмент.

Комплектация

Обратите внимание, что идет в комплекте с аудиоинтерфейсом. Сейчас комплектация не ограничивается кабелем для компьютера. Если производитель позаботился о том, чтобы у вас появился полноценный продукт с рабочим софтом, вы сможете сэкономить время и приступить к проектам. В комплект могут входить DAW (причем не только Lite-версии), плагины, подписки на сервисы Splice для коллабораций, а также доступ к скидкам на виртуальные инструменты.

Качество звука

Качество складывается из следующих характеристик:

Разрядность ЦАП и АЦП: чем больше битов, тем выше разрешение сигнала. Цифры указывают на то, насколько записанный и переведенный в «цифру» сигнал похож на изначальный звук, какой возможен размах по громкости, и насколько эффективно подавляются шумы.

Формат audio CD использует 16-битный стандарт с динамическим (т.е. по громкости) диапазоном 96 дБ. К сожалению, уровень фонового шума на цифровой записи будет довольно явным, поэтому запись на 16 бит означает, что некоторый шум будет проскакивать на тихих отрывках записи.

24-битная запись — стандарт в профессиональном аудио. Динамический диапазон здесь составляет 144 дБ, а уровень шума нивелируется практически полностью. С точки зрения слушателя это выражается в том, что запись будет звучать плавнее, ярче и чище.

Частота семплирования ЦАП и АЦП: параметр говорит о том, на какое количество отрывков делится звуковая волна при конвертации в цифровой вид. В CD-формате она равна 44.1 кГц — т.е. каждую секунду аудиосигнал делится на 44,100 последовательных фрагмента. Теоретически это значит, что ваша система работает с частотами до 22.05 кГц, что превосходит чувствительность человеческих ушей. Коммерческие студии работают с частотой семплирования в 48 кГц, 96 кГц и даже 192 кГц.

Насколько необходимо такое разрешение? Это зависит от целей. Если вы записываете рабочую демо-версию трека, то 16-бит/44.1 кГц будет достаточно. А для коммерческих релизов и саундтреков стандарт — это 24 бит/96 кГц.

Уровень конвертеров: конвертеры делятся на АЦП (аналого-цифровые преобразователи, A/D) и ЦАП (цифро-аналоговые, D/A). От качества конвертеров и тщательности сборки компонентов карты качество звука зависит не меньше, чем от частоты семплирования и разрядности. Корреляция несколько грубая, но тем не менее — качество отражается на цене. Чем лучше конвертеры, тем дороже карта.

Окончательный выбор

Прежде чем покупать интерфейс, пробегитесь лишний раз по указанным характеристикам — ориентируйтесь на свои нужды, а не на рекламные слоганы и демонстрационные видео.

С аудиоинтерфейса начинается сборка вашей музыкальной рабочей станции. Аудиоинтерфейс в этом случае — самый важный прибор. Гораздо лучше иметь не очень качественный контроллер при хорошей карте, чем наоборот.

Звуковая карта: нужна ли она в современном ПК и как не ошибиться с выбором

Разбираемся, в каких случаях недостаточно встроенного звукового чипа, и как выбрать дискретную аудиокарту

В современных материнских платах пользовательского сегмента в обязательном порядке присутствует встроенный модуль, отвечающий за воспроизведение звука. Однако его возможностей не всегда хватает для удовлетворения запросов владельцев. В этом случае требуется приобретение дискретной звуковой карты.

В каких случаях необходима отдельная звуковая карта?

Выбирая материнскую плату для домашнего, офисного или игрового компьютера пользователи редко принимают во внимание параметры встроенного звукового модуля. Отчасти поэтому производители устанавливают в материнские платформы бюджетные модули с невысокой производительностью. Их достаточно, чтоб вывести звук на наушники, две стандартные компьютерные колонки, и тем более хватит, чтоб подключить монитор с динамиками. Иногда такие решения даже позволяют подключить аудиосистему 5.1, но при этом становится невозможно задействовать микрофон или линейный вход.

Покупка дискретной аудиокарты становится оправданной, если:

• Планируется подключение многоканальной акустической системы 5.1 или 7.1 к компьютеру.
• Пользователь предпочитает играть в стереонаушниках, наслаждаясь пространственным звучанием, которое обеспечивает технология EAX.
• От компьютера требуется максимум производительности, а встроенный чип нагружает ЦП распаковкой и обработкой аудиофайлов.
• Планируется регулярная запись аудио, будь то стримерская деятельность, домашняя студия звукозаписи или ведение личного блога.

Таким образом, дискретная аудиокарта демонстрирует массу преимуществ перед встроенным аудиочипом:

• Обладает всеми необходимыми интерфейсами для подключения профессионального микрофона и акустических устройств, а также геймерских наушников.
• Звуки, воспроизводимые через дискретную карту значительно чище. У аудиокарт система защиты и экранирования более совершенная, а встроенные чипы подвержены помехам аудиосигнала, которые неизбежно возникают в корпусе компьютера из-за близкого расположения других электронных компонентов.
• Звуковые треки, записываемые с использованием аудиокарт намного чище, они лишены белого шума и артефактов. Следует учесть, что на качество звука существенно влияют возможности микрофона и звукопоглощающие свойства помещения.

Виды звуковых карт

По конфигурации звуковые карты делятся на 3 группы.

Внутренние аудиокарты предназначены для установки в системный блок, они подключаются к материнской плате через интерфейс PCI-Express с выводом панели с разъемами на заднюю стенку корпуса. Они обычно не требуют отдельного питания. Главный недостаток этих устройств – расположение разъемов на задней стенке системного блока, а значит регулярно подключать микрофон или наушники будет не очень удобно. К тому же не всегда комплект поставки предусматривает внешний блок. Это встречается только у самых дорогих решений.

Внешние аудиокарты – самая популярная категория. Их можно подключать к компьютерам, моноблокам, ноутбукам и даже планшетам. По размеру и форм-фактору они могут быть разнообразными: от небольшого устройства, напоминающего флешку, как CREATIVE Sound BlasterX G1 7.1, до профессионального студийного решения, для которого понадобится отдельная стойка.

В ассортименте встречаются и довольно оригинальные модели, которые на рабочем столе могут стать настоящим арт-объектом. Например, звуковая карта CREATIVE Sound Blaster X7 Limited Edition 5.1.

Топовые звуковые карты могут состоять из двух блоков и объединяют свойства обеих предыдущих конфигураций. В системный блок встраивается основной модуль, который представляет собой отдельную микросхему, а во внешнее пространство выносится модуль с разъемами и регуляторами звука. Внешний модуль опционален и может быть исключен из инсталляции, то есть карта может использоваться и без него. В качестве примера можно привести звуковую карту Asus STRIX RAID PRO 7.1 с выносным модулем управления.

Если говорить о сфере применения, то звуковые карты можно разделить на следующие категории:

Бюджетные устройства

В эту категорию попадают звуковые карты с минимальным функционалом. Они предназначены для расширения количества портов. Технические характеристики выглядят так: звуковой режим до 44,1 кГц и импульсная модуляция 16 бит. Такие устройства почти не отличаются от аудиочипов материнской платы, но находят применение, если встроенный модуль по каким-либо причинам вышел из строя или его нет в конфигурации.

Игровые аудиокарты

Это устройства среднего сегмента производительности, которые используются для качественного звукового сопровождения гейминга. Аудио воспроизводится в качестве не ниже 96 кГц с импульсной модуляцией от 24 бит.

Аудиофильские модели

Звуковые карты для любителей качественной музыки и максимально чистого звучания. Они оснащены преобразователями цифрового сигнала в аналоговый и наоборот, усилителем, расширенным режимом кодирования. Характеристики звука следующие: акустическая частота до 768 кГц и 32 бита модуляции.

Студийные звуковые карты

Это производительные устройства узкой специализации. Они используются на студиях звукозаписи и оснащены целым рядом специальных функций, таких как профессиональное шумоподавление, сведение нескольких дорожек и прочие. Для управления необходимо приобрести микшер.

Как выбрать звуковую карту?

При покупке звуковой карты следует ориентироваться на следующие характеристики:

Интерфейс подключения выбирается исходя из технических характеристик компьютера. Встроенные карты подключаются через разъемы PCI и PCI-Express. Внешние – через интерфейс USB или USB Type-C, при этом можно использовать переходники.

Количество каналов определяет качество звука:

• 2 канала – обычный стереозвук, который выводится через компьютерные колонки, динамики монитора или стереонаушники.
• 5.1 – шестиканальный звук для воспроизведения в геймерских наушниках или с помощью акустических систем.
• 7.1 – для восьмиканальных акустических систем.

Разрядность ЦАП – это те самые биты звука. При увеличении показателя цифровой звук все больше соответствует аналоговому. Для качественного воспроизведения необходимы минимум 24 бита.

Соотношение сигнала и шума или чистота показывает, на каком уровне громкости становятся различимы помехи, создаваемые аудиокартой. Для прослушивания аудио без претензий на hi-end достаточно 75 – 90 дБ. Для записи следует поискать устройства, которые предоставляют частоту 110 – 120 дБ и выше.

Наличие адаптеров выбирается исходя из назначения карты. Игрокам будут интересны карты с усилителем под наушники. Для профессиональной аудиозаписи необходима карта с адаптером для балансировки сигналов и совершенной защитой от помех.

Технология ASIO – функция, которая позволяет работать с записью в обход операционной системы, что способствует фиксации чистого многоканального звука.

Для чего нужна звуковая карта (аудио-интерфейс)

Всякому человеку для работы нужен инструмент. Так уж получилось, что разумным человек начал называться именно с момента применения инструмента для какого-либо вида деятельности (формулировка хромает, но в целом это так). Собственно, любой музыкант, будучи человеком разумным, должен уметь хотя бы в какой-нибудь степени владеть музыкальным инструментом. Однако в рамках данной статьи речь пойдёт не о музыкальном инструменте в привычном понимании (гитара, фортепиано, треугольник…), а об инструменте, который в дальнейшем необходим для обработки звукового сигнала. Речь пойдёт об звуковом интерфейсе.

Теоретическая основа

Оговоримся сразу, звуковой интерфейс, аудио интерфейс, звуковая карта – в рамках изложения являются контекстуальными синонимами. В общем, звуковая карта – это некое подмножество звукового интерфейса. С точки зрения системного анализа, интерфейс – это нечто, предназначенное для взаимодействия двух и более систем. В нашем случае, системы могут быть примерно такими:

1. звукозаписывающее устройство (микрофон) – система обработки (компьютер);
2. система обработки (компьютер) – звуковоспроизводящее устройство (колонки, наушники);
3. гибриды 1 и 2.

Формально, всё что необходимо простому человеку от звукового интерфейса – это снять данные с устройства записи и отдать их компьютеру или наоборот, забрать данные из компьютера, отправив их на устройство воспроизведения. Во время прохождения сигнала через звуковой интерфейс производится специальное преобразование сигнала для того, чтобы принимающая сторона смогла в дальнейшем этот сигнал обработать. Устройство воспроизведения (конечное) так или иначе воспроизводит аналоговый или синусовый сигнал, который выражается в виде звуковой или упругой волны. Современный компьютер работает с цифровой информацией, то есть информацией, которая закодирована в виде последовательности нулей и единиц (говоря более точным языком, в виде сигналов дискретных полос аналоговых уровней). Таким образом, на звуковой интерфейс накладывается обязательство по преобразованию аналогового сигнала в цифровой и/или наоборот, что собственно и является ядром звукового интерфейса: цифро-аналоговый и аналогово-цифровой преобразователь (ЦАП и АЦП или DAC и ADC соответственно), а также обвязка в виде аппаратного кодека, всевозможных фильтров и пр.
Современные ПК, ноутбуки, планшеты, смартфоны и пр., как правило, уже имеют встроенную звуковую карту, что позволяет записывать и воспроизводить звуки, при наличии устройств записи и воспроизведения.

Тут-то и возникает один из самых часто задаваемых вопросов:

можно ли использовать встроенную звуковую карту для звукозаписи и/или обработки звука?

Ответ на этот вопрос весьма неоднозначен.

Как работает звуковая карта

Разберемся, что же происходит с сигналом, который проходит через звуковую карту. Для начала, попробуем понять, как же цифровой сигнал преобразуется в аналоговый. Как сказано ранее, для подобного рода преобразования используется ЦАП. Не будем вдаваться в дебри аппаратной начинки, рассматривая различные технологии и элементную базу, просто обозначим «на пальцах», что же происходит в «железе».

Итак, у нас имеется некая цифровая последовательность, которая представляет собой звуковой сигнал для вывода на устройство.

111111000011001 001100101010100 1111110011001010 00000110100001 011101100110110001

0000000100011 00010101111100101 00010010110011101 1111111101110011 11001110010010

Здесь цветами помечены закодированные маленькие кусочки звука. Одна секунда звука может быть закодирована различным количеством таких кусочков, число этих кусочков определяется частотой дискретизации, то есть, если частота дискретизации составляет 44.1 кГц – то одна секунда звука будет разделена на 44100 таких кусочков. Количество нулей и единиц в одном кусочке определяется глубиной дискретизации или квантованием, или, попросту, разрядностью.

Теперь, чтобы представить, как работает ЦАП, вспомним школьный курс геометрии. Представим, что время – это ось X, уровень – это Y. На оси Х отмечаем количество отрезков, которое будет соответствовать частоте дискретизации, на оси У – 2 n отрезков которое будет обозначать количество уровней дискретизации, после чего, постепенно отмечаем точки, которым будут соответствовать конкретные звуковые уровни.

Стоит отметить, что реально, кодирование по указанному выше принципу будет иметь вид ломаной (оранжевый график), однако во время преобразования применяется т.н. аппроксимация к синусоиде, или попросту приближение сигнала к виду синусоиды, что приведет к сглаживанию уровней (голубой график).

Примерно так будет выглядеть аналоговый сигнал, который получается в результате декодирования цифрового. Стоит отметить, что аналогово-цифровое преобразование производится с точностью до наоборот: каждые 1/частота_дискретизации секунд снимается уровень сигнала и кодируется исходя их глубины дискретизации.

Итак, как работают ЦАП и АЦП разобрались (более-менее), теперь стоит рассмотреть какие параметры влияют на конечный сигнал.

Основные параметры звуковой карты

В ходе рассмотрения работы преобразователей мы познакомились с двумя основными параметрами, это частота и глубина дискретизации, рассмотрим их подробнее.
Частота дискретизации – это, грубо, количество временных отрезков на которые делится 1 секунда звука. Почему же для звукачей так важно иметь звуковую карту, которая способна работать на частоте выше чем 40 кГц. Это связано с т.н. теоремой Котельникова (да-да, опять математика).Если тривиально, то, согласно этой теореме, при идеальных условиях, аналоговый сигнал может быть восстановлен из дискретного (цифрового) сколь угодно точно, если частота дискретизации больше чем 2 частотных диапазона этого самого аналогового сигнала. То есть, если мы работаем со звуком, который слышит человек (

20 Гц – 20кГц) то частота дискретизации будет (20 000 – 20)х2

40 000 Гц, отсюда и де-факто стандарт 44.1 кГц, это частота дискретизации чтобы наиболее точно закодировать сигнал плюс еще чуть-чуть (это, конечно же, утрированно, поскольку этот стандарт задан компанией Sony и причины гораздо более прозаичны). Однако, как было сказано ранее, это в идеальных условиях. Под идеальными условиями понимается следующее: сигнал должен быть бесконечно протяжённым по времени и не иметь сингулярностей в виде нуля спектральной мощности или пиковых всплесков большой амплитуды. Само собой разумеется, что типичный звуковой аналоговый сигнал не подходит под идеальные условия, ввиду того, что этот сигнал конечен по времени и имеет всплески и уходы в «ноль» (грубо говоря, имеет временные разрывы).

Глубина дискретизации или разрядность – это количество степеней числа 2 определяющее на сколько интервалов будет делиться амплитуда сигнала. Человек, ввиду несовершенства своего звукового аппарата, как правило, ощущает комфорт в восприятии при разрядности сигнала не менее 10 бит, то есть 1024 уровней, дальнейшее увеличение разрядности человек вряд ли как-то ощутит, чего нельзя сказать о технике.

Как видно из вышесказанного, при преобразовании сигнала звуковая карта идёт на определённые «уступки».

Всё это приводит к тому, что результирующий сигнал не будет в точности повторять исходный.

Проблемы при выборе звуковой карты

Итак, инженер по звуку или музыкант (выберите своё) купил компьютер с новенькой ОС, крутым процессором, большим объёмом оперативной памяти со встроенной в материнскую плату звуковой картой которая распиарена производителем, имеет выходы для обеспечения 5.1 звуковой системы, ЦАП-АЦП имеет частоту дискретизации 48 кГц (это уже не 44.1 кГц!), 24 битную разрядность и прочее-прочее… На радостях инженер устанавливает ПО для звукозаписи и обнаруживает, что данная звуковая карта не может одновременно «снимать» звук, накладывать эффекты и тут же мгновенно воспроизводить. Звук пусть и получается весьма качественным, однако между моментом, когда инструмент воспроизведет ноту, компьютер обработает сигнал и воспроизведет пройдет определенное время или, говоря по-простому возникает лаг. Странно, ведь консультант из эльдорадо так хвалил этот компьютер, распинался про звуковую карточку и вообще… а тут… эх. С горя, инженер, идёт обратно в магазин, отдаёт купленный компьютер, доплачивает еще баснословную сумму, чтобы взамен возвращённого купить компьютер с ещё более мощным процессором, бо́льшим объёмом оперативной памяти, звуковой карточкой на 96 (. ) кГц и 24 бит и… в итоге то же самое.

На самом деле, типовые компьютеры с типовыми встроенными звуковыми картами и стоковыми драйверами к ним, изначально не предназначены для того, чтобы в режиме, приближённом к реальному времени обрабатывать звук и воспроизводить его, то есть не предназначены для VST-RTAS обработки. Дело тут нисколько не в «базовой» начинке в виде процессор-оперативная память-жёсткий диск, каждый из этих компонентов способен на такой режим работы, проблема в том, что данная звуковая карта, порой, просто не «умеет» работать в режиме реального времени.
При работе любого компьютерного устройства ввиду разности в скоростях работы возникают т.н. задержки. Это выражается в ожидании процессором набора данных, которые необходимы для обработки. Помимо этого, при разработке как операционной системы, так и драйверов, а также прикладного ПО, программисты прибегают к т.н. созданию т.н. программных абстракций, это когда каждый вышестоящий слой программного кода «скрывает» всю сложность нижестоящего уровня, предоставляя на своём уровне лишь простейшие интерфейсы. Иногда таких уровней абстракций набирается десятки тысяч. Такой подход упрощает процесс разработки, но увеличивает время прохождения данных от источника к получателю и наоборот.

На самом деле, лаги могут возникать не только у встроенных звуковых карт, но и тех, которые подключаются через USB, WireFire (земля ему пухом), PCI и пр.

Чтобы избежать подобного рода лагов, разработчики используют обходные пути, которые позволяют избавиться от ненужных абстракций и программных преобразований. Одним из таких решений является всеми любимый ASIO для ОС Widows, JACK (не путать с разъёмом) – для Linux, CoreAudio и AudioUnit – для OSX. Стоит отметить, что у OSX и Linux всё отлично и без «костылей» как у Windows. Тем не менее, не каждое устройство способно работать с необходимой скоростью и требуемой точностью.
Допустим, что наш инженер/музыкант относится к разряду Кулибиных и смог настроить JACK/CoreAudio или заставить работать свою звуковую карту с ASIO-драйвером фирмы «народный промысел».

В лучшем случае, таким образом наш мастер уменьшил лаг с пол секунды до почти приемлемых 100 мсек. Проблема последних миллисекунд кроется ко всему прочему и во внутренней передаче сигнала. При прохождении сигнала от источника через интерфейс USB или PCI к центральному процессору, сигнал курирует южный мост, который собственно и занимается тем, что работает с большей частью периферии и непосредственно подчиняется центральному процессору. Тем не менее, центральный процессор – персонаж важный и занятой, поэтому у него не всегда найдётся время вот-прямо-сейчас обрабатывать звук, поэтому нашему мастеру придётся или смириться с тем, что эти 100 мсек могут «скакать» на ± 50 мсек если не больше. Решением данной проблемы может быть покупка звуковой карты с собственной микросхемой для обработки данных или DSP (Digital Signal Processor).

Как правило, большая часть всех «внешних» звуковых карт (т.н. игровых звуковых карт) имеет подобного рода сопроцессор, однако он весьма негибок для работы и предназначен по сути для «улучшайзинга» воспроизводимого звука. Звуковые карты, которые изначально предназначены для обработки звука имеют более адекватный сопроцессор, или, в граничном варианте, такой сопроцессор продаётся отдельно. Преимуществом использования сопроцессора является тот факт, что в случае его применения, специальное программное обеспечение будет обрабатывать сигнал, практически не используя центральный процессор. Недостатком такого подхода может служить цена, а также «заточка» оборудования для работы со специальным программным обеспечением.

Отдельно, хотелось бы отметить интерфейс сопряжения звуковой карты и компьютера. Требования тут достаточно приемлемые: для достаточно высокой скорости обработки будет достаточно таких интерфейсов как USB 2.0, PCI. Звуковой сигнал на самом деле не является сколь-либо большим объёмом данных, как, например, видеосигнал, поэтому требования минимальные. Однако добавлю ложку дёгтя: протокол USB не гарантирует 100% доставку информации от отправителя получателю.
С первой проблемой определились – большие задержки при использовании стандартных драйверов или большая цена за использование звуковой карты с адекватной задержкой.
Ранее мы определились, что добиться идеальной передачи аналогового сигнала не такая уж и простая задача. В добавок к этому, стоит упомянуть шумы и погрешности, которые возникают в процессе снятия/преобразования/передачи сигнала как данных, поскольку, если вспомнить физику, любой измерительный прибор обладает своей погрешностью, а любой алгоритм своей точностью.

Шутка из области радиотехники: в радиосвязи есть т.н. Q-коды, трёхбуквенные обозначения различных вопросов-ответов, применяющиеся для сокращения числа передаваемых символов. Один из неофициальных кодов «QZZ» расшифровывается как «Это фон 60 Гц или вы храпите?», здесь 60 Гц – это паразитное фоновое излучение частоты переменного тока.

Данная шутка очень показательна ввиду того, что на работу звуковой карты также влияет излучение расположенной рядом аппаратуры, вплоть до ультразвука, издаваемого центральным процессором во время работы. Ко всему прочему стоит добавить искажения в характеристику записываемого/воспроизводимого сигнала которые зависят от конечного устройства (микрофона, звукоснимателя, динамиков, наушников и пр.). Зачастую для маркетинга производители различных звуковых устройств сознательно увеличивают возможную частоту снимаемого/воспроизводимого сигнала, от чего у человека, который учил биологию и физику в школе возникает вполне осознанный вопрос «а зачем, если человек не слышит вне диапазона 20-20кГц?». Как говорится, в каждой правде есть доля правды. Действительно, очень многие производители лишь на бумаге обозначают более качественные характеристики у своего оборудования. Тем не менее, если всё-же производитель действительно сделал устройство, которое способно снять/воспроизвести сигнал в чуть большем диапазоне частот, о покупке данного оборудования стоит хоть ненадолго, но задуматься.
Дело вот в чем. Все прекрасно помнят, что такое АЧХ, красивые графики с неровностями и прочим. При снятии звука (рассмотрим только этот вариант), микрофон соответствующим образом его искажает, что характеризуется неровностями его АЧ-характеристики в пределах того диапазона, который он «слышит».

Таким образом, имея микрофон, который способен снять сигнал в стандартных пределах (20-20к) мы получим искажения лишь на этом диапазоне. Как правило, искажения подчиняются нормальному распределению (вспоминаем теорию вероятностей), с небольшими вкраплениями случайных погрешностей. Что будет, если мы при прочих равных условиях расширим диапазон снимаемого сигнала? Если следовать логике – то «шапка» (график плотности вероятности) растянется в сторону увеличения диапазона, тем самым сместив искажения за пределы интересующего нас слышимого диапазона.

На практике, всё зависит от разработчика оборудования и следует очень тщательно это проверять. Тем не менее, факт остаётся фактом.

Если вернуться к нашему железу, то, к сожалению, не всё так радужно. Аналогично заявлениям разработчиков микрофонов и динамиков, производитель звуковых карт также часто привирают относительно режимов работы своих устройств. Иногда для конкретной звуковой карты можно видеть, что она работает в режиме 96к/24бит, хотя на деле это всё те же 48к/16бит. Тут дело может обстоять в том, что в пределах драйвера звук действительно может быть закодирован с указанными параметрами, хотя реально звуковая карта (ЦАП-АЦП) не могут выдать необходимые характеристики и просто отбрасывают старшие разряды у глубины дискретизации и пропуская часть частот у частоты дискретизации. Этим в своё время очень часто грешили простейшие встроенные звуковые карты. И хотя, как мы выяснили для человеческого слуха вполне достаточно таких параметров как 40к/10бит, для обработки звука этого будет маловато из-за вносимых искажений в процессе обработки звука. То есть, если инженер или музыкант снял звук при помощи среднего микрофона или звуковой карты, то в дальнейшем с использованием даже лучших программ и железа будет очень проблематично вычистить весь шум и погрешности, которые были внесены на этапе записи. К счастью производители полупрофессионального или профессионального звукового оборудования подобным не грешат.

Последняя проблема заключается в том, что встроенные звуковые карты попросту не имеют достаточного числа необходимых разъёмов для подключения необходимых устройств. По факту, даже джентельменский набор в виде наушников, и пары мониторов будет попросту некуда подключить, а уж о таких изысках как выходы с фантомным питанием и отдельными регуляторами для каждого из каналов и вовсе придётся забыть.

Итого: первое что нужно определить для дальнейшего выбора типа звуковой карты – это то, чем мастер будет заниматься. Вполне вероятно, что для черновой обработки, когда нет нужды записывать в высоком качестве или для имитации «ушей» конечного слушателя может быть достаточно встроенной или внешней, но относительно дешевой звуковой карты. Также это может пригодиться для начинающих музыкантов, если им не лень разбираться с уменьшением задержек при real-time обработке. Для мастеров, которые занимаются исключительно офлайн обработкой, следует не заморачиваться в уменьшении задержек и акцентировать внимание на устройства, которые будут реально выдавать положенные им герцы и биты. Для этого не обязательно покупать сверх дорогую звуковую карту, в самом дешевом варианте может подойти более-менее адекватная «игровая» звуковая. НО, акцентирую внимание на том, что драйвера для таких звуковых карт пытаются улучшить звучание определенным образом, что недопустимо, поскольку для обработки необходимо получить звук как можно более чистый и сбалансированный с минимальным вкраплением драйверного «улучшайзинга».

Однако, если Вам, как мастеру, необходимо устройство, которое будет отвечать требованиям по качеству записываемого-воспроизводимого сигнала, а также по скорости обработки этого сигнала – тут придётся или доплатить, получив аппарат надлежащего качества или выбрать 2 чем можно пожертвовать: высокое качество, низкая цена, высокая скорость.

Прим. Ред.: Если вы музыкант, и не хотите разбираться во всех сложностях современной обработки — заказывайте сведение и мастеринг в нашей студии, и мы сделаем все необходимое, чтобы Вы получили качественный материал! -> Цены