---

Мифы и истины о звуковых картах

«Качество CD», или по-ихнему — CD Quality. Эта надпись сейчас красуется на упаковке и в описании любого звукового адаптера, и означает, что он способен работать с цифровым звуком с параметрами 44.1/16; первое — частота дискретизации (кГц), второе — разрядность отсчета. С такими же параметрами записываются и компакт-диски, отчего и произошло понятие «качество CD».

Однако сами по себе параметры 44.1/16 — это всего лишь формат записи звука в цифровой форме. При их использовании теоретически достижимым является диапазон частот до половины частоты дискретизации — 22050 кГц, а динамический диапазон и соотношение сигнал/шум — около 96 дБ. Однако в реальных устройствах верхняя частота ограничивается около 20000 Гц, чтобы оставался хотя бы небольшой запас на неидеальность характеристик фильтров, а для достижения граничных значения динамического диапазона и соотношения сигнал/шум приходится применять достаточно сложные и дорогие приемы и компоненты, реализованные далеко не в каждом бытовом проигрывателе CD. Кроме этого, основное влияние на качество звука оказывает не столько сам его формат, сколько реализация аналогоцифрового и цифроаналогового преобразователей (АЦП/ЦАП), входных и выходных фильтров и усилителей, электропитание системы и прочие, на первый взгляд второстепенные, характеристики. Именно эти части схемы чрезвычайно упрощены в «ширпотребовских» звуковых картах, и присутствуют в должном виде лишь в достаточно редких и дорогих, и часто неплохие сами по себе микросхемы АЦП/ЦАП оказываются в окружении откровенно «недружественных» компонент, сводящих на нет их параметры. Поэтому на данный момент сравнимые по стоимости звуковая карта и носимый CD-проигрыватель могут заметно различаться по звучанию — увы, не в пользу первой. Претендовать на сравнение с хорошим CD-трактом могут пока лишь достаточно серьезные и дорогие компьютерные карты.

«32-разрядные» карты. Степени двойки вообще имеют в компьютерной области особое значение — есть даже анекдоты про фанатов, вроде «1024 раза говорил тебе!». 8-разрядные процессоры сменились 16-разрядными; те, в свою очередь — 32-разрядными; 16-разрядное программное обеспечение также активно меняется на 32-разрядное, и т.п. В то же время, звуковые карты, возникшие вначале в 8-разрядном варианте, назывались так отнюдь не по отношению к разрядности магистрали, в которую устанавливалась карта и по которой шла передача данных, а по отношению к разрядности цифрового звука, с которым они работали. Эти два вида разрядности никак не пересекаются между собой — точно так же, как разрядность цвета в видеоадаптерах может быть 4, 8, 16, 24 или 32, безотносительно к физической конструкции адаптеров и типам магистралей, в которые они устанавливаются. Однако в случае звуковых карт произошло совпадение — массовый выпуск этих карт для 16-разрядной магистрали ISA совпал с массовым же переходом на обработку 16-разрядного цифрового звука (упомянутое выше «качество CD», отчего многие пользователи стали успешно путать эти два понятия. Путанице способствовало и то, что многие модели карт содержали в своем названии число 16 (Sound Blaster 16, Edison Gold 16 и т.п.).

Ключевым моментом стал выпуск фирмой Creative карты Sound Blaster AWE32. Число 32 здесь уже не имело отношения к разрядности — ни системной магистрали, ни цифрового звука; оно обозначало количество независимых голосов нового музыкального синтезатора карты. Поскольку синтезаторы уже давно представляют собой специализированные микрокомпьютеры, их параметры тоже удобно выбирать в виде степеней двойки, и цифра 32 для количества голосов к тому времени прочно прижилась в области музыкальных инструментов. Однако выпуск карты пришелся на период активного внедрения 32-разрядных магистралей и расцвета 32-разрядных операционные систем и программ, поэтому для широкого потребителя цифра 32 в названии стала ассоциироваться именно с разрядностью, что породило многочисленные мистификации среди неспециалистов. Вслед за Creative цифру 32 стали включать в названия карт фирмы Aztech и Orchid, а недавно появились и простые карты типа Edison Gold 32. Их названия по-прежнему происходят от количества голосов таблично-волнового синтезатора, а сами карты выполнены для 16-разрядной магистрали ISA и работают с 16-разрядным цифровым звуком.

В последнее время наметился глобальный переход к магистрали PCI, что предполагает полную ликвидацию в компьютерах магистрали ISA. В связи с этим ряд фирм начал выпуск звуковых карт для магистрали PCI — вот эти карты действительно можно называть 32-разрядными, но только в смысле информационной магистрали. Цифровой звук в большинстве из них по-прежнему 16- или 18-разрядный.

«64-голосные» синтезаторы. История этого мифа почти полностью повторяет историю «32-разрядных» карт. Началось все с той же самой фирмы Creative, которая около года назад выпустила карту Sound Blaster AWE64 — улучшенную и обновленную модель AWE32. Кое-кто по старой привычке сразу счел ее аж 64-разрядной, но в это с трудом верится даже неспециалисту, да и везде сразу же было расшифровано, что 64 — это опять-таки количество голосов таблично-волнового синтезатора карты. Однако за этим скрывался ловкий рекламный трюк: в том синтезаторе, что расположен на карте (аппаратный синтезатор), голосов осталось по-прежнему 32, зато в комплекте программного обеспечения для Windows появился программный синтезатор Wavesynth/Waveguide, дающий дополнительные 32 голоса за счет программной эмуляции таблично-волнового метода синтеза. Сам по себе программный синтезатор весьма неплох, к тому же он использует и элементы метода Physical Modelling, основанного на моделировании физических процессов в источнике звука — струне, потоке воздуха и музыкальном инструменте в целом, отчего звук акустических инструментов — струнных, смычковых и духовых — становится более натуральным. Однако реально музыканту все же предоставляются два независимых синтезатора по 32 голоса в каждом, хотя Creative и предлагает свой Instrument Mapper для полуавтоматического назначения музыкальных каналов, и полностью отвлечься от заботы о том, в каком синтезаторе сколько голосов осталось, музыканту не удастся. Кроме этого, программный синтезатор весьма чувствителен к ресурсам компьютера — для его работы требуется не менее Pentium-90, (сама карта работает даже на 386), и в процессе работы он интенсивно использует процессор, отнимая его у других задач И наконец, возможности программного синтезатора намного ниже, чем у аппаратного, кроме описанного метода моделирования, так что пользователь получает еще два совершенно разных синтезатора.

Кстати, пример Creative снова не остался без ответа — недавно фирма Turte Beach Systems выпустила новую модель карты Malibu Surround 64, где точно так же присутствуют два синтезатора — аппаратный и программный, по 32 голоса в каждом.

Совместимость с Sound Blaster 16. Sound Blaster 16 фирмы Creative был первой картой с грифом «CD Quality», выпущенной на массовый рынок. Подробности его реализации и программный интерфейс Creative долго держала в секрете, что отнюдь не стимулировало других производителей осваивать производство совместимых карт. Вместо этого многие стали выпускать карты, совместимые с предыдущей моделью Sound Blaster — SB Pro II, которая работала только с 8-разрядным звуком на частотах дискретизации 44.1 кГц (моно) и 22.05 кГц (стерео). Чтобы не идти в хвосте, эти производители разработали собственную архитектуру для работы с 16-разрядным звуком; структура и программные интерфейсы этих карт были совершенно несовместимы ни друг с другом, ни с SB 16. Положение частично спасла спецификация Microsoft Windows Sound System (MSS/WSS), однако она была принята лишь малой частью производителей звуковых карт, а остальные продолжили выпуск собственных (proprietary) архитектур и интерфейсов, обеспечивая лишь совместимость с SB Pro II. Все эти карты снабжались драйверами для Windows, при помощи которых они могли работать с 16-разрядным стереозвуком, однако под DOS большинство их них оставалось 8-разрядными картами, так как ни специальных «фирменных» утилит, ни описаний интерфейса производители не давали. В результате сложилось нечто вроде противостояния «SB 16» и «не SB 16», когда производители звуковых программ и игр под DOS включали в них поддержку SB Pro II в качестве базовой, и SB 16 — в качестве расширения, а пользователи карт «третьих фирм» были вынуждены довольствоваться значительно искаженным даже для игроманов 8-разрядным звуком. В то же время мало кто, особенно три-четыре года назад, действительно понимал разницу между этими картами, и любая карта с цифрой «16» в названии автоматически объявлялась совместимой с SB 16. На самом же деле такие карты появились чуть больше года назад; почти все они изготовлены на основе микросхем той же самой Creative, и лишь малая часть — на основе совместимых с SB 16 микросхем других производителей.

Натуральность звучания синтезатора. С того момента, как в области синтеза звучаний акустических инструментов таблично-волновые синтезаторы стали вытеснять имитационные (аддитивные, разностные, частотно-модуляционные), их преимущество в этом плане представлялось несомненным. Звук гитары или скрипки, смоделированный синтезатором одного из старых типов, лишь приближенно напоминал свой аналог, в то время как звук таблично-волнового синтезатора поражал своей натуральностью и естественностью. Благодаря этому сейчас любая карта с подобным синтезатором непременно содержит упоминание о «поразительно естественном звучании акустических инструментов». Однако на самом деле все далеко не так просто. Натуральность звучания очень сильно зависит от соблюдения условий записи и воспроизведения звуков, а многие, особенно недорогие, карты содержат наборы, записанные в откровенно неблагоприятных условиях, и нередко плохо состыкованные между собой. Кроме этого, последние исследования показали, что при восприятии звуков привычных инструментов существенен не столько тембр, сколько особенности звукоизвлечения — щипок или касание смычком струны, вибрация губ и языка при игре на духовых, а также различные приемы игры. Все это объединяется понятием «воздействие на инструмент», и в сложных синтезаторах имитируется специальными, порой достаточно сложными, алгоритмами. Большинство синтезаторов звуковых карт позволяет использовать эти алгоритмоы, однако для этого они должны быть соответствующим образом запрограммированы, для чего применяются так называемые звуковые банки. В ПЗУ синтезаторов и в стандартном комплекте поставляются обычно весьма посредственные банки, а банки с хорошими и натуральными звуками нужно или покупать, или делать самостоятельно. Из распространенных сейчас на рынке звуковых карт практически ни одна не имеет встроенного банка с качеством, сравнимым с серьезными инструментами.

Мифы вокруг Gravis Ultrasound (GUS). GUS были первыми массовыми картами с таблично-волновым синтезом; казалось бы, столь долгая история должна была способствовать их пристальному изучению, однако о них ходит, увы, больше легенд, нежели истин. Архитектура GUS действительно не совсем обычна — первая модель этой карты не имела отдельного канала воспроизведения цифрового звука, как все остальные звуковые карты — вместо этого звук выводился через свободные каналы синтезатора наравне с музыкой по MIDI. Кроме этого, синтезатор не имел ПЗУ, а только ОЗУ; для проигрывания музыки использовалась технология кэширования, когда в память загружались только используемые тембры. По сравнению с картами, в ПЗУ которых объемом 1-4 Мб записаны 128 мелодических и 37 ударных тембров, это же количество тембров в GUS занимало 5.6 Мб на диске, а в ОЗУ объемом до 1 Мб записывалось только 5-10%, отчего объем и качество отдельных тембров были заметно выше. Поскольку при сравнении чаще всего учитывался только объем памяти на карте, это породило миф о том, что синтезатор GUS сам по себе более мощный и качественный, чем синтезаторы подобных карт, хотя на самом деле все они, за редким исключением, примерно одинаковы.

Оригинальная архитектура GUS, несовместимая ни с одной другой картой, вынудила производителей прикладных программ и игр разработать для нее специальные модули в своих программах. Поскольку почти все остальные новые карты были так и или иначе совместимы с предыдущими моделями (обычно — с Sound Blaster Pro II), то для них нужды в подобных модулях не было. В результате в 92-96 гг. любая программа, поддерживающая GUS, выводила через него 16-разрядный звук на частоте дискретизации 19..44 кГц, а через любую другую карту — 8-разрядный на частоте 22 кГц, что было сразу же заметно на слух. Счастливым исключением стал Sound Blaster 16, однако далеко не все игры поддерживали его 16-разрядный режим (например, популярные в те годы DOOM, Heretic, Hexen этого не умели). Так был рожден миф «Только GUS дает непревзойденный звук в играх», хотя это было заслугой не самого GUS, а исключительно производителей программ. Однако бесспорной заслугой Gravis было то, что фирма почти сразу же выпустила набор для программирования карты (SDK), стимулировавший появление огромного множества так называемых Demo-программ, демонстрирующих видео- и звуковые эффекты в реальном времени, а также различные программы-трекеры для любительского музицирования.

«Профессиональные» карты. Многие карты выше среднего ценового класса ($500-1000) претендуют на звание «профессиональных» с соответствуюшими упоминаниями на упаковке и в руководствах. Их предлагается использовать в модной ныне «домашней студии» в качестве альтернативы сложному и дорогому студийному оборудованию. Однако понятие «профессиональная работа со звуком» за последние несколько лет очень сильно поменялось, и те параметры звука, которые были приемлемы в 92-93 годах — 16 разрядов, 44.1 или 48 кГц, уровень шума около 80 дБ — сейчас признаются разве что минимально необходимыми для мало-мальски серьезной работы; если в направлении увеличения разрядности отсчета и частоты дискретизации серьезных препятствий нет, то уровнь шумов и искажений — больная мозоль всех компьютерных звуковых устройств. Вообще, следует различать три основных направления работы:

макетирование — создание упрощенными средствами и методами «домашней заготовки», которая затем «доводится до кондиции» на студии; обработка — компьютерная работа с цифровым звуком, полученным на студийном оборудовании и перенесенным на компьютер по цифровому интерфейсу, с последующим переносом в студию этим же путем; полный цикл — запись, обработка и сведение всего материала на компьютере при помощи звуковой карты.

Макетирование обычно выполняется при помощи синтезатора с примерным набором тембров и звукового редактора с набором методов обработки; при этом отрабатывается не конечный звук, а сам процесс его получения. После того, как макет достаточно обкатан, подключается студийное оборудование и при помощи отработанного процесса создается уже готовый звук со «студийными» параметрами. При чистой обработке с цифровой передачей звуковая карта может вообще не понадобиться, так как записью и воспроизведением звука компьютер не занимается — нужен только ее цифровой интерфейс. А вот при полном рабочем цикле важны абсолютно все параметры — и входные, и промежуточные, и выходные; все они оказывают свое влияние на конечный результат. К сожалению, большинство звуковых карт, даже достаточно сложных и дорогих, не позволяет выполнить полный цикл обработки с «профессиональным студийным» качеством — так, чтобы результат был пригоден, например, для тиражирования на компакт-дисках. Однако на уровне радиовещательных, театральных и приравненных к ним домашних студий вполне пригодны даже карты среднего класса ($200-300).

Евгений Музыченко, music@welgas.nsk.su , music@spider.nrcde.ru
Лаборатория «Системы мультимедиа» (MSG)
НТК «Велгас», Новосибирск, тел. (3832) 21-61-64, 17-38-17