SUBSISTEMAS DE SOM E DISPOSITIVOS DE ÁUDIO Tecnologias 12º - C.T.I. 05/06 SISTEMAS MULTIMÉDIA SUBSISTEMAS DE SOM E DISPOSITIVOS DE ÁUDIO Placas de Som 1.1. Características Gerais 1.2. A família Sound Blaster 1.3. Arquitectura de Drivers 1.4. Barramento PCI João Martinho Gonçalo Africano Nuno Pinheiro Avançar: 2

1 - Placas de Som 1.1. Características Gerais Conversores A/D (Analógico/ Digital): é responsável pela digitalização dos sinais sonoros; Conversores D/A (Digital/ Analógico): recebe os dados digitalizados de sons e reconstitui os sinais analógicos originais; Sintetizador FM: circuito que imita os sons dos instrumentos musicais, a partir de simples códigos de controlo que indicam o tipo de instrumento, a nota musical, a duração, volume, etc.; UART MIDI: interface serial onde a placa de som pode comunicar com instrumentos MIDI (Musical Instruments Digital Interface);

1 - Placas de Som 1.1. Características Gerais Taxa de amostragem: parâmetro que está directamente ligado com a qualidade do sinal sonoro digitalizado. É o número de amostras feitas no sinal analógico a cada segundo; Digitalização com 8 ou 16 bits; Digitalização em mono ou stereo; Mixer: Permite a mistura dos vários sons recolhidos.

1 - Placas de Som 1.1. Características Gerais Entradas das Placas de Som

1 - Placas de Som 1.1. Características Gerais

1 - Placas de Som 1.1. Características Gerais As placas de som são capazes de reproduzir sons monos e estéreos. São utilizados 2 canais de áudio independentes. Com o efeito da estereofonia, consegue-se obter a sensação de que os sons são gerados no mesmo recinto onde o computador e o utilizador estão. Os programas que fazem a digitalização sonora podem operar em diversas modalidades, a partir do conjunto das opções seguintes: amostragem em 8, 11, 22 kHz; amostragem em 8 ou 16 bits; operação em estéreo ou mono.

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster Origens Foi criada pela Creative Labs oriunda de Singapura. A creative labs começou com o lançamento da Creative music System (C/MS) em Agosto de 1987. Foi durante anos a placa de som “Standard” nos IBM PC

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster Stereo e 16 Bits A Sound Blaster Pro (Maio 1991) introduziu capacidades stereo, ainda sem a qualidade do CD (mas a 1º a oferecer um suporte po mesmo.) devido a ter apenas 8 bits de sampling, possuía a 2 Yamaha Ym3812 chips (um para o canal da direita e outro para o da esquerda, tendo que ser programados identicamente para o canal do meio.) Foi mais tarde substituído por um Yamaha YmF262, uma versão melhorada, o suporte MIDI tornou-se Full Duplex, mas ainda não compatível com Mpu-401 (norma Standard Midi). Em Junho de 1992 foi introduzida a Sound Blaster 16 que já possuía um sampling de 16bits, oferecendo uma qualidade de CD. Já eram também compatíveis com a norma MIDI (Mpu-401). Durante 1993 e 1997 introduziram as novas placas Sound Blaster AWE32, Sound Blaster AWE64 que possuíam Wavetable Synthesis Embutido.

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster Multicanais e Efeitos FX Sound Blaster Live (Agosto 1998) - Introduziu o processador Emu10k1 com 2.44 milhões de transístores Dsp. Este processador possuía “Direct Sound Aceleration”. 64 voice wavetable synthesizer. E uma chip FX8010 dsp para processar digital áudio em “real-Time”. A reprodução de áudio é feita em 48 khz ideal para sistemas de som 5.1 e a sua gravação é feita abaixo dos 44,1 khz..

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster Multi-channel sound and F/X A sound Blaster Audigy (agosto 2001) possui um processador que suporta a reprodução/Gravação a 16 bits ate aos 48 khz. Esta placa não suporta processamento a 24 bits.Suporta sistemas de som 5.1. A sound Blaster Audigy 2 (Setembro de 2002) possui um processador que suporta a reprodução a 24 bits ate aos 192 Khz (limitados a 2 canais) suporta sistema de som 6.1º O SNR foi melhorado para 100DB. Possui embutido nela um Dolby Digital 5.1 Ex para Reprodução de DVD.

1 - Placas de Som 1.2. A Família Sound Blaster A sound Blaster Audigy 2 Zs com um Snr melhorado (108 Db contra os 106 anteriores), possui um DTS ES (extended Surround) unbutido para reprodução de DVD. Suporta ate 7.1 A Sound Blaster Audigy 4 Pro, com um SNR melhorado ate aos 113Dbs.Permite Gravaçao ate 6 canais de audio a 96khz/24Bit. O seu output e de 96khz/24 bits no sistema 7.1 e 192khz/24bit em modo stereo

1 - Placas de Som 1.3. Arquitectura dos Drivers Os Drivers são utilizados para que um determinado sistema possa usar uma placa de som. Cada placa de som tem o seu próprio Driver.

1 - Placas de Som 1.3. Arquitectura dos Drivers O Microsoft Windows usa os drivers proprietários fornecidos por fabricantes de placas de som e fornecidas à Microsoft para a inclusão nas distribuições. Às vezes, os drivers são também fornecidos pelos vendedores individuais para download e respectiva instalação; O kernel do Linux usado nas distribuições de Linux tem duas arquitecturas diferentes, o sistema aberto e a ALSA (Advanced Linux Sound Architecture). Por defeito ambos incluem drivers para a maioria das placas de som. A especificação USB define uma relação padrão para que as placas de som adiram á classe de dispositivos de áudio USB, permitindo assim que um único driver trabalhe com várias placas de som USB.

1 - Placas de Som 1.4. Barramento PCI O Barramento PCI (Peripheral Component Interconnect - Interconexão de Componentes Periféricos) é um elemento para acoplar placas e periféricos internamente num computador IBM PC. Foi criado pela Intel quando esta desenvolveu o processador Pentium. Tem capacidade de trabalhar a 32 ou 64 bits, oferecendo altas taxas de transferência de dados. Um slot PCI de 32 bits pode transferir até 132 MB por segundo. Suporta os recursos Plug and Play (PnP), permitindo que a placa instalada seja automaticamente reconhecida pelo computador. Os slots PCI são usados por vários tipos de periféricos, como placas de vídeo, placas de som, placas de rede, modems e adaptadores USB.

1 - Placas de Som 1.4. Barramento PCI PCI Express É um novo tipo de barramento usado nas novas motherboards. É uma comunicação em série que usa um clock muito elevado que origina taxas de transferência altas. O barramento PCI-E é baseado no numero de pistas. Barramento Taxa PCI 133 mb/s PCI-E x1 250 mb/s PCI-E x2 500 mb/s PCI-E x4 1000 mb/s PCI-E x16 4000 mb/s PCI-E x32 8000 mb/s

Termos utilizados SNR (signal to noise ratio) - Significa a força do sinal em comparação com o ruído de fundo. DSp (digital signal Processing) - Tal como o nome indica e o processamento digital do sinal Wavetable - é uma tabela das ondas sonoras armazenadas que são samples digitadas do som gravado. É armazenada na ROM num chip da placa de som mas pode também ser suplementada com o software. Originalmente, os sons do computador (versões digitais de ondas analógicas) foram gerados com a modulação da frequência (FM), usando as WaveTables foi aumentada a sua Qualidade.

Curiosidade - Sound Blaster X-Fi A ultima placa da creative,lançada em Agosto deste ano, possui um poder de processamento de 10.340 mips (million instructions per second) mais que um 3.6ghz pentium 4. É 24 vezes mais poderosa do que as “antigas placas”.

SUBSISTEMAS DE SOM E DISPOSITIVOS DE ÁUDIO Tecnologias 12º - C.T.I. 05/06 SISTEMAS MULTIMÉDIA SUBSISTEMAS DE SOM E DISPOSITIVOS DE ÁUDIO Sampling e frequências de amostragem 2.1. O Som 2.2. Atributos do som 2.2.1. Frequências e comprimento de onda 2.2.2. Amplitude 2.2.3. Velocidade 2.3. Sampling João Martinho Gonçalo Africano Nuno Pinheiro

Som As ondas sonoras são produzidas por deformações provocadas pela diferença de pressão em um meio elástico qualquer (ar, metais, isolantes, etc), precisando deste meio para se propagar. Desta forma, percebemos que o som é uma onda mecânica, não se propagando no vácuo. A maioria dos sons acaba sendo obtido através de objetos que estão vibrando, Quando as variações de pressão chegam aos nossos ouvidos, os tímpanos são induzidos a vibrar e nos causam a sensação fisiológica do som. Um ouvido normal consegue ouvir uma faixa de freqüências que varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz, sendo que as ondas que apresentam freqüencias inferiores a 20 Hz são denominadas infra-sônicas ao passo que os sons superiores a 20000 Hz são chamadas de ultra-sônicas

2. Frequências de amostragem 2. 2. Atributos do som 2. 2. 1 2. Frequências de amostragem 2.2. Atributos do som 2.2.1. Frequências e comprimento de onda O que é uma onda? É uma perturbação oscilante no espaço e periódica no tempo. Grandezas: - Comprimento da onda Velocidade de propagação - Frequência da onda - Período Exemplos de Ondas: - Ondas do mar - Som - Luz, Ondas de rádio, raio X’s – Ondas electromagnéticas

2. Frequências de amostragem 2. 2. Atributos do som 2. 2. 2 2. Frequências de amostragem 2.2. Atributos do som 2.2.2. Frequências e comprimento de onda Propriedades/ Características: Reflexão Refracção Difracção Interferência Dispersão

2. Frequências de amostragem 2. 2. Atributos do som 2. 2. 2 2. Frequências de amostragem 2.2. Atributos do som 2.2.2. Frequências e comprimento de onda Em física, comprimento de onda é a distância entre valores repetidos num padrão de onda. É usualmente representado pela letra grega lambda (λ). Numa onda sinusoidal, o comprimento de onda é a distância entre picos (ou máximos): Para caracterizar uma onda, é necessário conhecer apenas duas unidades: a velocidade e o comprimento de onda, ou a frequência e a velocidade.

2. Frequências de amostragem 2.2. Atributos do som 2.2.3. Amplitude É uma medida escalar não negativa. A amplitude é expressa em decibeis (dB).

Digitalização de um sinal sonoro Filtragem Amostragem - Divisão do sinal Quantização – Divisão do sinal PAM Codificação – Destes valores em Bits

Filtragem Filtragem: De Acordo com o Teorema de Nyquist a frequência de amostragem é a quantidade de amostras num determinado espaço de tempo, deve ser o dobro da maior frequência contida no sinal a ser amostrado para que possa ser reproduzido sem erro.

Amostragem Amostragem: São bocados do sinal que são retirados do sinal original para que depois possa ser encurtado no seu tamanho. Quanto maior for a frequência de amostragem melhor se torna o produto final

Amostragem Se a sua frequência de amostragem for de 8 KHz vai buscar amostras a 8000 vezes por segundo ou seja a cada 125 micro segundos. As amostras vão ficar organizadas da maneira que a imagem 3 mostra. Quando a frequência de amostragem for menor que o dobro da frequência do sinal irá ser reproduzida com erro, isto vai acontecer devido ao aliasing e acontece porque a quantidade de amostras é insuficiente. A imagem abaixo exemplifica a questão acima referida.

Codificação Codificação: Os valores quantizados precisam ser codificados em sequências de bits, pois um sinal digital binário só pode ter dois valores diferentes "0" ou "1”. PCM significa modulação de pulsos por código As imagens que se seguem mostram um exemplo de codificação de um wave mono de 8 bits e de um wave de 16 bits respectivamente.

Codificação

Codificação