10. Illesztőkártyák, interfészek, csatlakozók
10.4 A hang digitalizálása, lejátszása – hangkártya
A mai számítógép fontos tartozéka a hangkártya. A hangkártyák számos lehetőséget kí-nálnak, de a két alapvető funkció a digitális hangállomány megszólaltatása, illetve a beszéd vagy más hanganyag digitalizálása.
Vizsgáljuk meg, miként képes az emberi hangból digitális adatokat előállítani! A hang-felvételt egy tetszőleges mikrofonnal5 el lehet végezni, csak a hangkártyához kell csatla-koztatni (Mic In). A megfelelő program alkalmas a hang felvételén túl annak szerkesztésé-re is. A mikrofonnal felvett beszéd, hang, zöszerkesztésé-rej stb. digitalizált lesz, vagyis minőségromlás nélkül, tetszőlegesen sokszor lejátszható, másolható, szerkeszthető, torzítható. De mi törté-nik eközben a hanggal? Hogyan lesz belőle digitális adat?
5 A digitalizálandó hang, zene érkezhet természetesen magnetofon vagy CD-lejátszó készülékekről is.
A digitális technika lényege érthetőbbé válik, ha a hang esetén az analóg technikával vetjük össze. Az analóg kifejezés „valamihez való hasonlóságot” jelent. A levegőben terje-dő hanghullámot például egy mikrofonnal hasonlóan változó elektromos jellé alakíthatjuk át, amit magnetofonon hasonlóan változó mágneses jelként rögzíthetünk. A rendszer akkor jó, ha az átalakítás, tárolás után is csaknem teljesen hasonlít az eredetire. Ez az analóg mű-ködési elv.
Ha a folyamatosan változó analóg jelet adott időközönként megmérjük, a mérés ered-ményét folyamatosan rögzítjük, és egy véges skála értékeit hozzárendeljük, akkor digitális adatot kapunk. A digitalizált hang minőségét meghatározza az, hogy a folyamatosan válto-zó eredeti hangjelből milyen sűrűséggel vesznek mintát, ez a mintavételi frekvencia. Digi-talizálás során az analóg hangokból bináris kódszavak keletkeznek. A digitalizált hang érdekessége, hogy nem tartalmazza az analóg hang minden elemét, csak annak mintáit. A minták száma és a felbontás határozza meg a hang minőségét. Ez a sztereó hangfelvételnél másodpercenként 44 100 mintát jelent 16 bit/minta felbontással. A mintavételi frekvenciát kHz-ben mérik. Például, ha egy gyenge minőségű digitalizálás esetén 11 kHz-es a minta-vételi frekvencia, akkor másodpercenként 11000-szer vesz mintát a hangból, és minden mintát át kell alakítani egyesek és nullák sorozatává. A frekvencia emelésével több mintát veszünk másodpercenként, így a digitalizált jel minősége jobb lesz.
98. ábra 7.1-es hangkártya
Fontos továbbá az is, hogy az átalakítás során hány különböző nagyságú jelet tudunk megkülönböztetni, amit kvantálásnak nevezünk. Az a jobb, ha több jelet tudunk megkü-lönböztetni és számmal6 jellemezni. Gondoljon bele az olvasó, mennyivel pontosabb az a mérés, amit milliméter-beosztású vonalzóval mérünk, mint az, amit méter-beosztásúval. A
6 Egy helyi értékkel bővebb jellemzés – a kettes számrendszer tulajdonságai miatt – pontosan kétszeresére növeli a pontosságot.
mérés pontosságát itt bitben mérik. A 16 bites hangkártya minden mintát 16 bit (65 536-féle jel) hosszúságú jel valamelyikévé alakítja át. Amennyiben egy bites lenne, az azt je-lentené, hogy két jel közül az egyiket kapná meg az általunk hallható összes hang, zörej mindegyike. A visszaadáskor tehát a magas, mély, hangos, halk és egyéb tulajdonságú hangokat csak kétféleképpen kaphatjuk vissza, nyilván ez azt jelentené, hogy a digitális adat lejátszásakor nem ismernénk rá az eredeti hanganyagra.
A hangkártya másik alapvető funkciója a digitális jelből történő hangalkotás, azaz ké-pesek a digitalizált hangmintákat visszaalakítani. A számítógép hangkártyája önállóan nem képes hang kibocsátására, csatlakoztatni kell még hozzá egy aktív7 hangfalat (Line out csatlakozó) vagy egy fejhallgatót (Speaker out csatlakozó). Az angol elnevezések azért maradtak meg, mert így szerepelnek a feliratok.
A hang előállítása megvalósítható hanggenerátorokkal vagy előállítható hullámtáblás módszerrel. A hanggenerátoros, más kifejezéssel az ún. FM-szintetizátoros hangkártyák működését nézzük meg először. A hangokra jellemző tulajdonságokat (hullámforma, hangerő stb.) a hanggenerátor kapja meg, és a hang képzése a generátor feladata. A hang-képzéshez matematikai segédeszköz is társul, az alapjel matematikai összefüggések alapján történő megváltoztatásával áll elő a kívánt hang. Egyszerre annyi hang szólaltatható meg, amennyi hanggenerátor van a hangkártyában. Kezdetben a visszaadott hang egy kissé gé-pies volt, de sokat javult az elmúlt időszakban.
A hullámtáblás módszernél a hang előállítása másként történik. Ennél a hang-előállítási módnál a hangkártya valódi hangszerek, effektusok felvett, rövid, digitalizált mintáiból képzi a hangot, azaz a zenét. A hang így élethű, de a hangmintákat egy ún. hullámtáblában tárolni kell, ami sok hangszer esetén nagy tárhelyet igényel.
A hangkártyák közül a SoundBlastert használták a hangot, zajt adó programokhoz. A SoundBlaster kártyák hangszerenként egy vagy több rögzített burkológörbe alapján képe-sek dolgozni. Manapság a hangkártyákat az alaplappal vásárolhatjuk meg, mivel az alap-lapra integrálják, általában elég jó hangzásúak.
10.4.1 A hangkártya jellemzői
Mintavételi frekvencia: A hang digitalizálása esetén a másodpercenként vett minta száma. A mintavételi frekvencia mértékegysége a Hz, ami digitalizáláskor nagy mérőszá-mokat eredményezne, ezért használják a kHz-et. Egy kHz ezer Hz. Az emberi fül számára a 16 Hz–20 kHz-es hangfrekvenciasáv hallható, amihez egy jól működő rendszernek leg-alább 40 kHz-es mintavételezésre van szüksége, hiszen a rögzíthető hangok legnagyobb frekvenciája a mintavételi frekvenciának legalább a fele. Az elterjedt mintavételi frekven-cia 44,1 kHz a CD-minőségű hang esetén, a DVD megjelenésével ez 48 kHz-re nőtt, de ma létezik 192 kHz-es is.
Kvantálás: A hangrögzítő rész tulajdonsága. Megmutatja, hogy egy mintavétel alkal-mával hány különböző jelet tudunk megkülönböztetni. Mértékegysége a bit. Jellemzően 16 bites hangkártyák vannak, ami 65 536 különböző jelszintet jelent, de léteznek már 128 bites kártyák is.
7 Az aktív hangfal erősítő nélkül, önmagában képes működni.
Surround: A kártya a sztereóhatást felülmúló térhatást képes nyújtani. A hatás akkor érezhető valóban, ha a zenét öt vagy több hangszóróval hallgatjuk.
OPL2, OPL3: Az ún. FM-szintetizátor, amivel hangeffekteket, zenéket generálhatunk.
A szám jelzi, hogy a szintetizátor hány operátoros, vagyis hányféle modulációt képes az alaphangon végezni.
Hullámtáblás szintetizátor: Előre rögzített hangmintákkal dolgozó szintetizátor.
Hangminőségét befolyásolja a rögzített minták mennyisége, ami többnyire 2-4 MBájt. Ha a kártya merevlemezen lévő mintákkal is tud dolgozni, akkor a minták mennyisége nem korlátozódik a hangkártya ROM-méretére.
MIDI támogatás: A számítógépes zenealkotáshoz szintén egy hangkártya szükséges, ami egy szintetizátor csatlakoztatásával megoldható. A hangkártyához a MIDI hangszert a hasonló feliratú csatlakozón át kell illeszteni. A MIDI egyúttal egy szabvány neve, mely-nek támogatottsága a számítógép és a hangszerek terén elég széleskörű. A hangszeren le-játszott mű kottáját a számítógép elkészítheti, ami tetszőlegesen módosítható, részben vagy egészben visszajátszható, esetleg kinyomtatható.