Arvutite riistvara Helikaardid

1. Arvutite riistvaraHelikaardid Marko Kaju

2. Helikaart • Helikaart on arvuti laienduskaart, mille ülesandeks on väljastada ja vastu võtta helisignaale, järgides arvutiprogrammide juhiseid. • Helisignaalide väljastamisel kõrvaklappidesse või kõlaritesse tekitatakse õhuvõnked, mida inimese kõrv tajub helina. • Helikaarte kasutatakse kaasajal näiteks arvutimängudele helikomponendi lisamiseks või digitaalse muusika loomiseks. • Helikaart võib olla emaplaadile integreeritud või eraldi lisakaardina, mis ühendatakse tavaliselt emaplaadile PCI, PCI Express või USB pesa kaudu.

3. Veidi ajalugu PC’d sai heli alles 1980date lõpus kui tekkisid esimesed eraldiseisvad helikaardid. Mac’idel heli juba 1980date alguses. Kaardid oli mõeldud peaasjalikult mängude jaoks. Maksid enamasti üle 100 $

4. Digitaalaudio Iga heli tekitatakse vibratsioonidena. Iseloomustab sagedus, võnkeamplituud helirõhk ja kiirus. Inimene tajub kõrvaga sagedust 16 kuni 20000Hz. Heli digitaliseerimiseks kasutatakse kahte füüsikalist omadust – sagedust ja intensiivsust). Heli digitaliseerimist nimetatakse sämplimiseks.

5. Põhilised komponendid • Igal helikaardil peab olema digitaal-analoogmuundur, mille abil muudetakse digitaalsed andmed analoogsignaaliks. Tekkinud analoogsignaal saadetakse seejärel näiteks kõrvaklappidesse või helivõimendisse TRS konnektori või mõne muu standardse ühenduse abil. • Samuti on enamikul helikaartidel olemas analoog-digitaalmuundur, mis muudab sissetuleva helisignaali diskreetsignaaliks, võttes väikeste ajavahemike (tuhandeid kordi sekundis) tagant analoog-helisignaalist hetkväärtusi (sample). Saadud hetkväärtused viiakse digitaalsele kujule ning salvestatakse arvuti mällu, kus neid hiljem vajadusel muudetakse. • Digisignaaliprotsessor (DSP) on spetsiaalne mikroprotsessor, mis tegeleb helisignaalide töötlemisega. DSP on helikaardi oluline komponent, sest see vähendab keskprotsessori koormust ning kiirendab oluliselt heliga seotud multimeediarakenduste tööd. DSP kasutab keerulisi algoritme, mille abil saab tekitada heliefekte (näiteks kajaefekt). • Süntesaator võimaldab helikaardil helisid genereerida. Helikaardil võib olla kas FM-süntesaator (Frequency Modulation synthesizer) või lainetabelisüntesaator (Wavetable synthesizer). FM-süntesaator tekitab heli puhtelektrooniliselt, lainetabelisüntesaator aga kasutab heli loomiseks reaalsete muusikainstrumentide salvestatud helinäidiseid. Uuemad helikaardid kasutavad enamasti lainetabelisüntesaatorit, kuna sellega tekitatud heli kõlab võrreldes FM-süntesaatoriga tõepärasemalt.

6. MIDI Teine võimalus heli salvestada ja taasesitada on MIDI(Musical Instrument Digital Interface) audio. Selles salvestatakse heli erinevate pillide helinäidistena. Helifailid on reeglina väga väiksed. Heli kvaliteet sõltub suuresti sellest, kui hästi helikaart oskab pillide hääli esitada. Odavama kaardid kõlavad kui lapse mänguasi aga kallimad nagu päris instrument.

7. Salvestusformaadid • Peamiseltwavmp3flac

8. Helikaardid

9. Helikaardid Sisaldavad konvertereid(DA, AD), sample rate generaatoreid, protsessorit ja ühenduspesasid.

10. Põhilised ühenduspesad

11. Tüüpilised parameetrid • Helikaarti iseloomustavad mitmed näitajad: • Bitisügavus (bit depth) – digiteeritud heli kodeerimisbittide arv. Mida suurem on bitisügavus, seda täpsemini saab analoog-helisignaali hetkväärtusi digitaalsel kujul esindada ning seda kvaliteetsem on taasesitatud või salvestatud heli. Helikaartide bitisügavus ulatub 8-st kuni 32 bitini. Tänapäeval on enamik helikaarte vähemalt 16-bitised. • Heli diskreetimissagedus (sampling rate) – mida kõrgem on diskreetimissagedus, seda loomutruum on digitaalse heli esitus. CD-kvaliteediga heli saamiseks peaks helikaart võimaldama vähemalt 44,1 kHz diskreetimissagedust. • Süntesaatori tüüp ja polüfoonilisus – polüfoonilisus näitab, mitut häält oskab süntesaator samaaegselt mängida. • Helikanalite arv – stereoheli jaoks piisab 2 helikanali olemasolust, kuid näiteks 7.1 ruumilise heli saavutamiseks on vaja 8 kanalit. • Digitaalsignaaliprotsessori (DSP) olemasolu • MIDI liidese olemasolu ja ühilduvus MIDI üldtingimustega (General MIDI) • Signaal-müra suhe (Signal-to-noise ratio ehk SNR) – väljendatakse detsibellides (dB), iseloomustab helisignaali puhtust. Mida suurem on signaal-müra suhe, seda puhtam ja kvaliteetsem on heli. • Pooldupleks/Täisdupleks – kui helikaart toetab täisdupleksit, on võimalik sisend- ja väljundkanaleid samaaegselt kasutada, pooldupleksi korral see võimalus puudub.

12. USB kaardid • USB helikaardid on peamiselt väliseaded, mis ühendatakse arvutiga läbi USB pesa. • Kasutatakse üldiselt sülearvutites.

13. AC’97 AC’97 on Inteli spetsifikatsioon, kuidas ühendada helisüsteem kiibistiku lõunasilla osa AC-Link’iga. Ei ole vajadust eraldi helikaardi järele, saab integreerida kiibistikuga emaplaadile. Uueks standardiks Intel HD audio – võimaldab taasesitada erinevaid kanaleid jpm. Paljud funktsioonid tehakse tarkvaraliselt(midi esitamine, mitmehäälsus jne)

14. „Kullatud pesad“ • Kullatud kontaktide peamine eelis (nii pistikul kui pesal) on pikaajalise hea kindla ühenduse tagamine, sest need kontaktid ei oksüdeeru.

15. Mitme kanaliga heli Ruumiline heli – kommerts seni 5.1 2 kanalit – vasak ja parem esikõlar 1 kanal kesmine esikõlar 2 kanalit – vasak ja parem tagakõlar 1 kanal bass- heli

16. Mitme kanaliga heli BluRaypuhul võimalik 7.1 2 kanalit – vasak ja parem esikõlar 1 kanal kesmine esikõlar 2 kanalit – vasak ja parem keskkõlar 2 kanalit – vasak ja parem tagakõlar 1 kanal bass- heli

17. Draiverid Helikaardid nõuavad operatsioonisüsteemidega suhtlemiseks spetsiaaltarkvara – draivereid. Draiver aitab suhelda operatsioonsüsteemil ja raudvaral. Lisaks mitmetele kokkupakitud heliformaatidele on vaja spetsiaaltarkvara – koodekeid, et heli taasesitada või salvestada.