Звуковые возможности ПК

     2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗВУКА НА КОМПЬЮТЕРЕ.

     2.1. Что такое MIDI – технология?

     MIDI (миди) -  нотно-музыкальная технология для звуков, искусственно созданных синтезатором. Информация обычно хранится в файлах с расширением MID.

     Создан в 1982 году ведущими производителями электронных музыкальных инструментов - Yamaha, Roland, Korg и др. Изначально был предназначен только лишь для  управления музыкальными инструментами при помощи аналоговых сигналов, при помощи информационных сообщений, передаваемых по цифровому интерфейсу.

     Впоследствии стал стандартом в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза. Миди файл представляет собой список ссылок на звуки в WT⁵ синтезаторе звуковой карты, и список команд, таких как тональность, продолжительность, скорость звука и т.д. Именно с появлением MIDI музыкальным творчеством на компьютере легко могут заниматься все желающие: превращать свои мелодии в полнозвучные музыкальные произведения, исполняемые оркестром, на свой вкус аранжировать любимые песни.

     Миди-технология остаётся ведущей в компьютерной и аппаратно-студийной области. Она совершенствуется, учитывает новые требования и новые технические возможности. Об этом говорит последовательное появление стандартов GM, GS и XG.  Миди-технология вовлекает в сферу своего влияния все новые и новые области, для которых она и не предназначалась, — управление магнитофонами, устройствами звуковой обработки, микшерскими пультами (не говоря уже о мультимедийных продуктах и компьютерных играх).

     2.1.1 Описание MIDI интерфейса.

     MIDI — Musical Instrument Digital Interface — компьютерный протокол (иногда говорят — язык), предназначенный для связи одного музыкального устройства с другим.

     MIDI-устройство  должно иметь:

     внутри — программу или микропроцессор, который понимает MIDI-информацию;

     снаружи — разъемы, к которым подсоединяется MIDI-кабель.

     Цель MIDI — управлять работой музыкального устройства не с его панели или клавиатуры, а на расстоянии (по MIDI-кабелю) — с другого устройства. Для этого второе устройство передает первому последовательность управляющих команд, которые называются MIDI-сообщениями.  

     

       

     Пример  использования MIDI: (Рис.5)На синтезаторе вы можете играть ноты, выбирать новый тембр инструмента, менять громкость, но сам он сейчас не звучит. Все перечисленные действия передаются по MIDI-кабелю (красного цвета) в виде команд на звуковой модуль. Последний выполняет все эти действия (звучат сыгранные ноты, меняется тембр и громкость) и выдает звук через обычные динамики. Красная стрелка показывает направление потока MIDI-сообщений.

               2.1.2. Какая информация передается с помощью MIDI.

     Все, что вы делаете, управляя работой  своего музыкального устройства (крутите  ручки, нажимаете на кнопки, играете  на клавиатуре), может передаваться в виде управляющих MIDI-сообщений  на ваше устройство с другого MIDI-устройства.

     MIDI-сообщение  передает не сам звук (аудиоинформацию)  или какие-то его характеристики, а только управляющие команды,  которые выполняются устройством-получателем. 

     Сам процесс передачи MIDI-сообщения может  осуществляться в реальном времени (во время исполнения или воспроизведения музыки), но может быть и разорванным во времени. В этом случае MIDI-сообщение записывается в виде файла на дискету или жёсткий диск компьютера, а потом считывается устройством-получателем.

     2.2. Мр3- технология сжатия звуковой информации.

     Само  название МрЗ появилось в результате сокращения аббревиатуры MPEG-1 Layer3.

     MPEG (Motion Pictures Expert Group) - это группа при Международной организации по стандартизации и Международном электрическом комитете, которая занимается разработкой стандартов для цифрового сжатия видео и аудио информации. А зачем сжимать эту информацию? Во-первых, для экономии экономических и материальных ресурсов при передаче информации на расстояние по каналам связи (в том числе и спутниковым), а во-вторых, для ее хранения.

     Стандарт MPEG-1 является потоковым форматом и  состоит из аудио, видео и системной  частей. Последняя часть содержит информацию об объединении и синхронизации  двух первых.

     Передача  данных происходит потоком независимых  отдельных блоков данных - фреймов⁶, получаемых при "нарезке" на равные по продолжительности участки, которые кодируются независимо друг от друга.

     Всего в настоящее время существует пять видов (номеров) стандартов MPEG:

     1) MPEG1 – сжатие - аудио и видео с общей скоростью до 150 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц);

     2) MPEG2 – сжатие - аудио и видео с общей скоростью до 300 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц), сжатие - аудио ИДЕНТИЧНО MPEG1;

     3) MPEG2.5 – сжатие - аудио с пониженным разрешением (аудио 16,22.05,24 килогерц). Интересно заметить, что стандарт MPEG2.5 (еще известный как MPEG2 LSF - LOW SAMPLE FREQUENCY - низкая частота сканирования - аудио) введен фирмой IIS Fraunhofer (институт информационных технологий имени Фраунгофера из Германии). Этот стандарт является расширением "чистого" аудио MPEG2 (то есть MPEG1!) для частоты сканирования аудио в два раза меньшей, чем обычно;

     4) MPEG3 - многоканальный MPEG1+MPEG2. Этот стандарт практически не используется;

     5) MPEG4 - новомодный за рубежом стандарт. Его особенность: может держать до 8-и каналов аудио, то есть AC-3 - цифровое расширение системы Surround.

     Чем выше индекс уровня, тем выше сложность  и производительность алгоритма  кодирования⁷, соответственно и увеличиваются требования к системным ресурсам.

     Здесь под термином 'кодирование" понимается процесс, позволяющий получать файл в сжатом виде, который занимает меньше места на диске и соответственно быстрее передается по каналам связи. В сжатой форме файл использоваться не может, соответственно, перед использованием его необходимо декодировать. Сжатие файла происходит не всегда с положительным результатом. Результат напрямую зависит от метода компрессии и от содержимого самого файла.

     Принцип кодирования сигнала в MPEG Audio основан  на использовании психоакустической модели (Psycho-acoustics), суть которой в следующем: происходит передача только той звуковой информации, которая может быть адекватно воспринята подавляющим большинством слушателей, а вся остальная, увы, безвозвратно теряется.

     Существуют и «комбинированные» форматы компьютерного звука. Например, можно «сконструировать» музыкальную композицию из небольших периодически повторяющихся кусочков цифрового звука – сэмплов⁸. Именно по такому принципу создаются композиции в популярном сегодня стиле – «Хаус», «Транс», « Техно» - то есть вся простая, танцевальная, ритмическая музыка. Такой тип музыки -  нечто среднее между цифровой и синтезированной – называется «трэкерным» и имеет пусть ограниченную, но верную аудиторию поклонников.

     2.2.1. Модели кодирования сигнала.

     В рамках формата МРЗ для работы со стереозвуком существуют четыре основные модели кодирования сигнала:

     1) Первая модель Dual Channel⁹ основана на том, что каждый канал получает половину потока и кодируется как моно сигнал. Отсюда и ее название. Эта модель идеально подходит в случае, когда каналы содержат абсолютно разные сигналы;

     2) В модели Stereo каждый из каналов кодируется отдельно, но кодеру "позволено" самому принять решение о передаче одному из каналов большего места, чем другому. Этим достигается кодирование "тишины" (либо уровень сигнала лежит ниже порога слышимости) в одном канале, когда в другом присутствует мощный сигнал;

     3) Модель MS Stereo использует разложение стерео сигнала на средний между каналами и разностный, который кодируется с меньшим битрейтом¹⁰. Данный метод не рекомендуется использовать, если каналы не совпадают по фазе (наиболее часто встречается в записях, оцифрованных с аудиоленты);

     4) Модель MS/IS Stereo позволяет несколько увеличить качество кодирования сигнала при использовании низких битрейтов. Суть метода заключается в использовании на некоторых частотных диапазонах отношения мощностей сигнала в разных каналах. Однако данный метод приводит к потере фазовой информации.

     2.2.2. Продолжение Mp3 - Mp3Pro.

     14 июня 2001 года вышло продолжение MP3 – Mp3Pro. Создателем MP3Pro является частная компания Coding Technologies. Созданная в 1997 году, компания занимается разработкой и маркетингом кодеков на основе технологии SBR (Spectral Band Replication). За спиной у компании Coding Technologies стоят два очень солидных стратегических партнера - Fraunhofer Institute и Thomson Multimedia, а также достаточное количество инвесторов, среди которых такие люди, как профессор Heinz Gerhauser - глава института Fraunhofer. В связи с этим, следует также заметить, что Coding Technologies имеет доступ ко всем разработкам института Fraunhofer, а само название MP3Pro дала новому формату компания Thomson Multimedia, которая и занимается его продвижением совместно со своей дочерней компанией RCA.

     Первый  проигрыватель, поддерживающий новый  формат, уже появился - это Thomson mp3PRO Audio Player 1.0.2 (Рис.6). Помимо проигрывающей части этот плеер содержит ещё и демо-версию кодера, сжимающего wav-файлы в MP3Pro (правда только на 64 кбит/c).

       

     Достоинства и недостатки формата  Mp3Pro:

     Достоинства: достойное качество звука на низких битрейтах; достаточно низкие системные требования; высокая степень сжатия.

     Недостатки: отсутствие поддержки высоких битрейтов; синтез высоких частот из средних.  

 

      ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

     Звуковые возможности ПК основаны на одноканальном управляемом звуковом генераторе, вырабатывающем электромагнитные колебания звуковой частоты. Колебания подаются на встроенный в ПК динамик и заставляют его звучать.

     Мы уже не можем представить себе, как было бы играть в игру без звуковых эффектов или не прослушивать музыку на компьютере. 

     Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные 
изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во 
многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в 
компьютерных играх и т.д.

       Комплекс аппаратных и программных средств мультимедиа позволяет пользователю работать в интерактивном режиме с разнородными данными (графикой, текстом, звуком, видео), организованными в виде единой информационной среды.

     Современные компьютерные обучающие программы, как правило, создаются в технологии мультимедиа. Используя одновременно зрительный и звуковой информационные каналы ученика, такие программы  помогают ему лучше понять и запомнить учебный материал. Кроме того, интерактивный режим работы позволяет ученику самому влиять на темп обучения, проверять степень усвоения материала, возвращаться к повторению непонятых фрагментов урока.

     Все большей популярностью пользуются электронные справочники, энциклопедии, художественные и музыкальные альбомы, созданные в технологии мультимедиа. Они содержат невиданные ранее объемы информации с цветными иллюстрациями, анимационными фильмами, видеороликами и музыкальным сопровождением. Например, мультимедийная музыкальная энциклопедия дает возможность послушать музыкальные произведения.

       Представление результатов компьютерного моделирования в мультимедийной форме дает очень сильный эффект. Создается иллюзия реальности по отношению к процессам, которые недоступны человеческому глазу. Например, осуществив на компьютере астрономические расчеты, получив траекторию движения небесного тела через 100 лет, можно воспроизвести на экране его перемещение в космосе в виде анимационного ролика, да еще со звуковыми эффектами ведения и одновременно увидеть выдающихся дирижеров и исполнителей.