Мы давно привыкли к тому, что ПК — это не только рабочая лошадка или замена игровой консоли, но еще и превосходный мультимедийный центр. На нем можно просматривать фильмы, прослушивать музыку... компьютер может даже заменить телевизор — скажем за это спасибо ТВ-тюнерам. Отчасти все это стало возможным благодаря тому, что «персоналки» научились качественно воспроизводить звук, преобразуя все эти комбинации нулей и единиц в нечто ласкающее человеческий слух.
Сегодня мы заботимся скорее о выборе хорошей акустической системы, нежели о покупке дорогой звуковой карты. Это закономерно: современные материнские платы изначально оснащаются весьма качественными аудиочипами, возможностей которых вполне достаточно для обычного пользователя. Но если вы гонитесь за чистым звучанием, то способность разбираться в звуковых картах вам, безусловно, пригодится.
Немного теории
Раз уж речь зашла об аудиоустройствах, то не лишним будет разобраться, что же такое звук и каковы его особенности. Если говорить научным языком, звук — это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Барабанные перепонки в наших ушах воспринимают эти колебания и посылают полученные данные мозгу, ну а он в свою очередь расшифровывает принятую информацию. Звуковую волну можно представить в виде графика: по одной из осей будет вестись временной отсчет, а другая будет показывать амплитуду волны в тот или иной момент времени. У рассматриваемого графика не будет разрывов, так как звук непрерывен на участке от его возникновения до полного затухания.
Звуковую волну можно считать бесконечно детализированной: при увеличении количества временных отсчетов на графике будут проявляться все новые и новые перепады амплитуды. По этой причине при преобразовании звука в цифровой вид неизбежны потери в качестве: компьютер будет оперировать лишь значениями амплитуды, полученными на определенных отсчетах времени, а те перепады звуковой волны, что скрываются между двумя соседними временными метками, будут утеряны. Впрочем, эти самые потери могут быть и незаметны для человеческого слуха — все зависит от качества оцифровки.
Преобразование аналогового звукового сигнала в цифровой осуществляется с помощью процессов дискретизации (преобразование непрерывного сигнала в цифровой) и квантования (преобразование аналогового сигнала в дискретный). При дискретизации звуковая волна разбивается на множество отсчетов, расположенных на равных временных интервалах друг от друга. Частота дискретизации влияет на расстояние между этими временными метками. Скажем, при частоте 192 кГц одна секунда звука будет разбита на 192 тысячи частей. При квантовании значения амплитуды звуковой волны на каждом из отсчетов преобразуются в двоичный код. Точность квантования зависит от количества бит, выделенных для каждого из отсчетов. Сегодня нормой считается 24-битный звук, при котором возможно 16,7 миллионов различных значений амплитуды.
Частота дискретизации и точность квантования напрямую влияют на объем звукового файла. В несжатом виде цифровой звук занимает очень много места. Судите сами: одна секунда 24-битного звука с частотой дискретизации 48 кГц будет «весить» 144 Кб, а пятиминутная песня займет более 43 Мб дискового пространства. По этой причине оцифрованный звук дополнительно сжимают с помощью специальных алгоритмов. Горячо любимый нами формат MP3 — яркий тому пример.
Современные звуковые карты состоят из двух модулей. Один из них занимается превращением звука из цифрового вида в аналоговый (т. е. непосредственно воспроизводит звук) и именуется ЦАП (цифро-аналоговым преобразователем). Второй модуль работает по противоположному принципу и оцифровывает получаемый сигнал — с его помощью мы записываем звук с микрофона. Называется эта часть звуковой карты, как несложно догадаться, АЦП, т. е. аналого-цифровым преобразователем.
Что такое MIDI-синтезатор? Синтезатор — это электронный музыкальный инструмент, в котором звук создается и обрабатывается, меняя свою окраску и характеристики. Приставка «MIDI» означает принадлежность инструмента к стандарту MIDI (Musical Instrument Digital Interface), содержащему набор стандартных команд для взаимодействия между звуковыми устройствами и позволяющему тем самым воспроизводить и записывать музыку путем выполнения/записи специальных команд. В звуковой дорожке, записанной в MIDI-формате, нет самой записи звука — есть лишь команды, которые должно выполнить устройство, чтобы получить искомое звучание. Насколько будет отличаться звучание различных инструментов, в какой степени оно будет близко к оригиналу — зависит от качества синтезатора.
Методов синтеза звука существует всего два: WT (Wave Table — таблично-волновой) и FM (Frequency Modulation — метод частотной модуляции). Синтезатор, основанный на волновой таблице, воспроизводит звук из предварительно записанного набора, изменяя при необходимости параметры звучания — в современных звуковых картах и профессиональной аппаратуре используется именно этот метод. При частотной модуляции звук синтезируется посредством генерирования и смешения простых синусоидальных колебаний, так как именно из них состоит любое, даже самое сложное колебание. Звучание при использовании этого метода сложно назвать естественным, но именно такие синтезаторы использовались во всех относительно старых звуковых картах.
Сквозь тернии к звездам
Как и у любого другого устройства, у звуковой карты есть своя история. Сегодня компьютер, не способный воспроизводить звук, — это что-то действительно редкое, но еще четверть века назад возможность работы с аудио для ПК казалась чем-то абсолютно ненужным.
Первой сдвинула дело с мертвой точки компания IBM, выпустившая в начале 80-х годов легендарное устройство PC Speaker. Это была простейшая пищалка, способная воспроизводить за раз не более одного звука, и предназначалась она прежде всего для оповещения об ошибках, а вовсе не для создания звукового фона. Но разработчики игр нашли этому устройству несколько иное применение: чередуя звуки разной тональности, они умудрялись создавать некие подобия саундтреков. Звучало это не лучше, чем рингтоны сотовых телефонов конца прошлого века, но в суровые 80-е игроки были в восторге и от этого. Удивительно, но PC Speaker все еще можно встретить в современных компьютерах.
В середине 80-х годов на свет появился Covox — 8-битный цифро-аналоговый преобразователь, подключавшийся к LPT-порту. Устройство было настолько примитивным, что при определенной сноровке его можно было спаять самостоятельно. Именно принципы, лежащие в основе Covox, позже определили направление развития индустрии звуковых карт.
«звуковая карта».
Следующим важным событием стал выпуск Creative Music System (CMS). Формально именно это устройство можно считать первой звуковой картой. CMS основывалась на двух 6-голосных MIDI-синтезаторах и поддерживала стереорежим, но она не могла заниматься воспроизведением каких-то звуков, не предусмотренных разработчиком. Все дело в том, что MIDI-синтезатор может воспроизводить и изменять лишь заложенные в него звуки. Многие помнят времена мобильных телефонов с полифонией, которые могли воспроизводить лишь простенькие мелодии без слов. Так вот, Creative Music System работала по тому же принципу.
Устройство, которое можно считать звуковой картой в привычном для нас понимании, было выпущено в 1991 году и получило имя Sound Blaster. Автором сего шедевра стала все та же Creative. Разработчики просто объединили 11-голосный MIDI-синтезатор с уже знакомым нам Covox. В результате Sound Blaster мог воспроизводить как звуковые дорожки MIDI-формата, так и полноценный звук, хотя и в отвратном качестве.
Далее наступил долгий этап эволюции звуковых карт, тон которому задавала преимущественно компания Creative. В двух словах: характеристики устройств постоянно совершенствовались, появилась возможность записи звука, стала доступна аппаратная обработка звукового сигнала... Словом, в итоге мы получили все то, чем наслаждаемся сегодня.
Чем будем меряться?
Аудиокарты обладают определенным набором параметров, по которым можно сравнить разные модели, выявить их сильные и слабые места. Наиболее критичной характеристикой считается соотношение сигнал/шум, измеряемое в децибелах (дБ). Чем выше этот параметр, тем меньше лишних шумов будет присутствовать в обрабатываемом звуке. Если соотношение превышает отметку 100 дБ, то неподготовленный слух навряд ли вообще услышит посторонние шумы. Однако же не стоит забывать, что на аудиоустройство влияют прочие компоненты системного блока, создавая различные помехи и наводки. Поэтому реальное соотношение сигнал/шум зачастую оказывается немного ниже паспортного значения.
Звук мало воспроизвести без помех — его еще нужно корректно преобразовать из цифрового вида в аналоговый. Качество этого процесса определяется с помощью коэффициента нелинейных искажений. Значения меньше 0.1 считаются хорошим показателем.
Другая интересная характеристика — поддерживаемые частоты дискретизации при воспроизведении звука. Вам не удастся насладиться чистотой звучания аудиофайла с частотой дискретизации 192 кГц, если ваша звуковая карта не способна работать со столь высокими значениями. Впрочем, такие явления — редкость. Судите сами: подавляющее большинство аудиофайлов записано с частотой дискретизации 44,1 кГц либо 48 кГц, а почти все современные звуковые карты, впрочем, как и встроенные решения, могут работать со значениями вплоть до 192 кГц. Правда, в ряде случаев поддержка определенных значений частоты может достигаться путем принудительной передискретизации звукового сигнала на лету. В частности, все звуковые платы Creative, начиная с Sound Blaster Live! и заканчивая Audigy 2, автоматически преобразуют аудиозаписи с низкой частотой дискретизации в звук с опорной частотой 48 кГц. В результате пользователь получает на выходе ощутимые искажения. О подобных нюансах лучше знать заранее.
Максимальная частота дискретизации при записи важна лишь тогда, когда пользователь занимается созданием музыки. Для бытовых нужд, вроде общения через Skype, хватит даже простейшего встроенного аудио.
Если вы являетесь счастливым обладателем акустической системы 5.1 или 7.1, то вам, безусловно, понадобится звуковая карта с поддержкой соответствующих форматов. Как ни странно, в этом мире еще достаточно аудиорешений, работающих лишь с акустикой 2.0.
Первопроходцем в области трехмерного звука можно считать компанию Aureal, а вовсе не Creative. Еще в 1997 году эта фирма представила звуковой формат A3D, позволяющий создавать эффект окружения посредством всего пары колонок, и чип AU8820, поддерживающий ноу-хау. Первой картой на основе этого чипа стала Diamond Monster MX300.
Изначально технологии Aureal разрабатывались для нужд военных летчиков и космонавтов, и целью компании было научить простые наушники грамотно позиционировать звук в пространстве. Авторы с задачей справилась — чип в режиме реального времени рассчитывал отражения звука от объектов игрового мира с учетом геометрии помещения и наличия в нем тех или иных препятствий. Таким образом, в обработанном аудиосигнале появлялись фазовые запаздывания — эхо с различной задержкой, вплоть до нескольких микросекунд. Пользователь мог определять, что источник звука располагается «сзади» или «спереди», а не только «слева» или «справа». Увы, эти алгоритмы замечательно работали для движущихся объектов, но позиционировать статичные объекты они были не в состоянии. С обработкой низкочастотных звуков также наблюдались проблемы. Ко всему прочему, звуковые карты на основе AU8820 сильно нагружали центральный процессор, да и стоили недешево. В результате творение Aureal так и не стало популярным.
Хитрые уловки
Параметры, описанные в предыдущей главе, актуальны для всех без исключения звуковых плат. Но помимо устройств, просто преобразующих звук из одного вида в другой, на рынке встречаются карты, занимающиеся непосредственно аппаратной обработкой звука. К этой категории относятся игровые аудиоплаты, обеспечивающие трехмерное позиционирование звука в пространстве.
Долгое время в этой области правила вездесущая Creative со своей технологией EAX (Environmental Audio eXtensions). Еще в далеком 1998 году появилась звуковая карта Sound Blaster Live!, поддерживающая данную разработку. В своем изначальном виде EAX представляла собой лишь набор расширений к Direct Sound 3D. Данный API обеспечивал примитивное позиционирование звука в пространстве, а сами расширения позволяли аппаратно модифицировать звук в зависимости от свойств окружающего пространства. Если игрок находился в отсеках какого-нибудь космического корабля, звук искажался соответствующим образом. Оказавшись под водой, пользователь мог наблюдать уже абсолютно иное искажение. При этом Direct Sound 3D позволял вносить в звук фазовые запаздывания, благодаря чему эффект трехмерного окружения мог создаваться и на обычных стереоколонках.
EAX быстро обрела популярность среди разработчиков, и Creative начала активно совершенствовать технологию. В каждой последующей версии увеличивалось максимальное число одновременно обрабатываемых потоков и упрощался процесс программирования, но были и существенные нововведения. Так, в EAX 2.0 появились эффекты окклюзии и обструкции, имитировавшие поглощение звука различными преградами. В третьей версии технологии, названной отчего-то EAX Advanced HD, был добавлен эффект эксклюзий, имитировавший особенности звука, проходящего через открытые окна или двери. Кроме того, у разработчиков появилась возможность делать плавные звуковые переходы при резкой смене типа помещения. До этого подобные переходы происходили мгновенно, и это резало слух. Важным нововведением EAX Advanced HD 4.0 стала поддержка многопространственности: отныне появилась возможность моделировать акустические условия не только в помещении, где находился слушатель, но и в четырех смежных. Ну а пятая версия EAX привнесла массу эволюционных изменений, однако ничего принципиально нового в ней нет.
Сегодня та или иная версия EAX поддерживается практически каждой более-менее серьезной игрой, в которой позиционирование звука в пространстве вообще имеет смысл. При этом аппаратная поддержка EAX Advanced HD и более старших версий технологии доступна лишь на звуковых чипах производства Creative — компания оставила за собой эксклюзивное право на выпуск подобных продуктов. По этой причине многие разработчики игр предпочитают использовать EAX 2.0 и не связываться с более продвинутыми версиями, ведь подавляющее большинство пользователей использует встроенные аудиорешения и оттого не сможет оценить затраченных создателями усилий. Исключения, как правило, составляют дорогие хиты вроде Unreal Tournament 3, Bioshock и Universe at War.
Однако с EAX не все так просто, как кажется на первый взгляд. Как мы уже упоминали ранее, это всего лишь набор расширений для API. Долгое время творение Creative базировалось на Direct Sound 3D, позже EAX научилась работать и с более совершенным OpenAL. Во времена тотального доминирования Windows XP это не вызывало проблемы: операционная система поддерживала оба API, и разработчики игры самостоятельно выбирали, какой из интерфейсов им больше по душе. Но потом появилась Windows Vista, в которой Microsoft решила отказаться от поддержки Direct Sound 3D. Как результат, все старые игры, в которых использовался устаревший API, просто-напросто лишились трехмерного звучания.
Creative попыталась исправить это с помощью проекта ALchemy, в рамках которого была создана программа, преобразующая процедурные вызовы Direct Sound 3D в формат OpenAL. При этом в список поддерживаемых плат входят лишь X-Fi и Audigy. Увы, работает чудо-утилита неважно, и панацеей от всех бед она не стала. Как следствие, при разработке игр сегодня используется исключительно OpenAL, а у фанатов старых игр по-прежнему остается весомый повод не переходить на Windows Vista. Интересное решение проблемы конфликта API предложила компания ASUS, но об этом мы поговорим позже. Пока лишь отметим, что поддержка звуковой картой OpenAL и старших версий EAX крайне важна, если вы хотите выжать максимум из игр.
Как обстоят дела с теми решениями, что достаются нам бесплатно? В большинстве случаев на материнских платах распаивается кодек стандарта HDA (High Definition Audio), хотя на старых моделях можно встретить и чипы стандарта AC’97. Формально HDA считается эволюционным развитием AC’97, но эти стандарты сильно разнятся по характеристикам. Например, кодеки HDA могут работать со звуком, имеющим частоту дискретизации вплоть до 192 кГц, а для AC’97 потолком оказывается значение 48 кГц. HDA поддерживает звук формата 7.1, а AC’97 может работать лишь с шестью каналами.
Встроенные кодеки успешно дружат с EAX и EAX 2.0. В случае с AC’97 основные вычисления выполняются программно, силами центрального процессора, а чипы HDA поддерживают EAX на аппаратном уровне. В целом качественные кодеки стандарта HDA вполне могут удовлетворить потребности непритязательного слуха, а вот AC’97 уже безнадежно устарел.
Примечательно, что один и тот же кодек может звучать на разных материнских платах по-разному — все зависит от близости компонентов, способных «подмешать» в сигнал посторонние шумы. Что касается конкретных производителей кодеков, то их в данной сфере два: Realtek и Analog Devices.
Яркие представители
Условно все звуковые платы, представленные сегодня на рынке, можно разделить на три категории: игровые, профессиональные и устаревшие. Профессиональные модели мы рассматривать не станем по причине их дороговизны, устаревшие нам также не интересны, а вот звуковые карты для игр мы изучим подробнее.
В сфере игровых решений однозначным лидером считается компания Creative и ее линейка карт Sound Blaster X-Fi. За редким исключением, все модели, основанные на чипе X-Fi, обеспечивают аппаратную поддержку OpenAL, Direct Sound 3D и EAX 5.0. Серия X-Fi способна работать с акустикой 7.1 и обладает весьма привлекательными характеристиками в плане воспроизведения и записи звука.
В продаже можно встретить следующие модели на основе X-Fi: Xtreme Music, Xtreme Gamer, Platinum, Elite Pro, и Fatal1ty. Xtreme Music (около 2500 руб.) — это базовый вариант, обычная звуковая карта без каких-либо ненужных дополнений. Именно ее мы и рекомендуем к приобретению. Xtreme Gamer — низкопрофильный вариант Xtreme Music, лишенный разъема для подключения внешних панелей — также может стать неплохой покупкой. В остальных же случаях вам придется существенно переплачивать за сомнительные отличия. Например, Platinum (около 4500 руб.) — это все та же Xtreme Music, но в комплект поставки включен дистанционный пульт и блок управления для 5,25-дюймового отсека, содержащий дополнительные аудиоразъемы и регуляторы громкости. Fatality (около 5000 руб.), по сути, отличается от Platinum наличием 64 Мб набортной памяти, предназначенной для использования в рамках технологии X-RAM. Она позволяет помещать звуковые сэмплы в звуковую карту еще на этапе предварительной загрузки уровня игры, тем самым снижая нагрузку на центральный процессор во время игры. На практике толку от технологии практически нет.
Дорогущая X-Fi Elite Pro (около 8000 руб.) — это нынешний флагман Creative. В этой модели используются более качественные компоненты, чем в Xtreme Music, а встраиваемый 5,25-дюймовый блок заменен очень функциональной внешней панелью.
Заметим, что все описанные выше звуковые карты поддерживают технологии CMSS-3D (Creative Multi Speaker Surround 3D) и 24-bit Crystalizer. Первая позволяет эффективно преобразовывать звук с одним числом каналов для вывода на акустику с другим числом каналов. Например, CMSS-3DSurround может конвертировать стерео в звук формата 5.1, а CMSS-3DHeadphone позволяет добиться объемного звучания в наушниках. 24-bit Crystalizer позволяет облагораживать музыку в режиме реального времени путем восстановления ударности звучания там, где это необходимо. Пользоваться этой возможностью следует осторожно — в некоторых случаях Crystalizer может даже ухудшить качество воспроизведения.
Также предостережем вас от покупки платы X-Fi Xtreme Audio — несмотря на название, в ее основе лежит звуковой чип, использовавшийся в давно устаревшей линейке Audigy 2. X-Fi Surround 5.1 — достаточно интересный экземпляр, предназначенный для владельцев ноутбуков. Эта внешняя звуковая плата подсоединяется к компьютеру с помощью разъема USB. В целом ей свойственны те же возможности, что и Xtreme Music, за исключением поддержки восьмиканального звука и пятой версии EAX.
Еще одна очень интересная аудиокарта — Auzentech X-Fi Prelude 7.1 (около 5000 руб.). В ее основе также лежит чип X-Fi, однако дизайн самой платы отличается от того, что использует Creative: оригинальная разводка позволяет уменьшить возможные наводки, а высокое качество компонентов благотворно сказывается на звучании. Никаких панелей или пультов управления вместе с Prelude 7.1 не поставляется, но зато эта плата не уступает по характеристикам X-Fi Elite Pro, а стоит существенно дешевле.
В последнее время компания Asus упорно пытается потеснить позиции Creative. Так, звуковая карта Xonar DX (около 2500 руб.) может похвастаться не только высоким качеством воспроизведения, но и поддержкой Advanced HD EAX 5.0. Плата не основана на чипе X-Fi, так что вызовы EAX обрабатываются программно, а не аппаратно. Это немного увеличивает нагрузку на центральный процессор, но, учитывая мощность современных ПК, это не критично. Зато драйвера Xonar DX могут автоматически преобразовывать вызовы DirectSound 3D в формат OpenAL, благодаря чему даже старые игры под Vista не теряют трехмерного звучания.
Напоследок хотелось бы напомнить об одной простой истине: хорошая звуковая карта должна работать в тандеме с хорошей акустической системой. Никакой X-Fi Elite Pro не поможет вам добиться идеального звучания на паре десятиваттных пищалок, и, наоборот, мощная акустика не раскроет весь свой потенциал при использовании встроенного аудиокодека. Лишь соблюдая баланс, можно достичь желаемых результатов.
Vova
