Акустични системи (Audio)

    Мислейки за петте сетива, повечето хора свързват персоналните компютри с четири: докосване, миризма, звук и гледка. Докосването е свързано с писането или ползването на мишката. Миризмата е още по-ограничена – тя се усеща, когато дадете две жици в кутията на късо и вентилатора спре да работи, това е в кръга на шегата, но до там стига свободата на обонянието при ползването на компютър. Повечето развлечения на компютъра, са свързани с гледката: това, което виждате на монитора при по-големи резолюции, може да се каже, е най-важната част от забавленията на компютъра или поне най-скъпата. За да се позабавлявате на вашия компютър, както и да е ще ви е нужен и слухов контакт с него. Всъщност перфектното качество на звука, разграничава днешните компютри от предишните поколения на този вид технология. Днес, компютъра може да генерира звуци сам, може да действа като синтезатор или звуков генератор, и може да контролира външни устройства, които правят същото нещо чрез MIDI интерфейса. Компютърът може да записва или тества звуци с точност по-добра от тези на комерсиалните стерео компакт-дискове(CD). Можете да подредите всичката си музика в дадена папка и след това да я заредите на вашия MP3 плейър. Нещо повече, всички звуци, които компютърът възпроизвежда могат да бъдат редактирани и манипулирани: тоновете могат да бъдат удължени, гласовете – изменени, звуците – комбинирани, музиката – миксирана. Компютрите в днешно време могат да правят неща, които дори и най-добрите стерео уредби не могат.

    Звукът прави изключение от начина на осъществяване на повечето процеси в компютъра. Електрическите сигнали в компютъра и в неговите портове, дори и светлината от монитора, са електромагнитни явления. Звукът е чисто физично. Той просто представлява рязката смяна на въздушното налягане.

    Компютърът има нужда от удобна форма за манипулиране на звуци. За щастие, звука има аналог в света на електрониката, наречен аналогово аудио(analog audio), който използва електричните сигнали, за да възпроизведе силата на вълните от налягане. Компютрите превръщат тези електрични сигнали в дигитално(цифрово) аудио, което е съвместимо с микропроцесорите, други цифрови електрически вериги и звукови системи. Разбира се, компютърът не е ограничен в рамките на звуците, доставени от останалите – той може да създава дигитални сигнали чрез процеса на синтезиране. За да превърне тези дигитални сигнали в нещо, което се доближава до понятието звук, компютърът използва свой собствени аудио електрически вериги или звукова платка, която включва digital-to-analog конвертор и усилвател. В самия край на процеса, компютъра се свързва с тонколоните или по-просто колонките(speakers/loudspeakers), които превръщат аудио сигнала във вълни от налягане отново.

    Както човешките чувства, звукът е аналогов феномен. Той има две основни характеристики – сила на звука(амплитуда) и честота. Звуците могат да са силни или слаб. Честотите могат да бъдат ниски и високи. Звуковата честота се измерва в херци(hertz, Hz), точно както честотата на радио-сигналите, например. Обхватът на честотите, които човешко създание може да чуе, зависи от възрастта и пола. По-младите уши на жена, по принцип имат по-широк обхват от този на възрастните. Ниските честоти отговарят на нотите на баса в музиката и шума при взрив, при специалните ефекти във филмите. Високите честоти отговарят на требъла в музиката, свежите, дори натрапчиви звуци, като камбани, водопади, счупване на стъклена чаша и др. Ниските честоти имат дълги вълни, в обхват от десет крачки или три метра за средните ноти на баса. Дългите вълни позволяват на ниските честоти лесно да се превиват в обектите около компютъра и самостоятелна колонка, могат да се разпространят из цяла стая. Нещо повече, човешкият слух не е съвсем чуствителен към ниските честоти. Не е лесно за човек да намери местонахождението на източник на ниски честоти. Акустичните дизайнери използват тази характеристика на ниските честоти, когато те измислят дизайна на нискочестотните високоговорители. Например, понеже не може да се различат местонахожденията на самостоятелни нискочестотни източници самостоятелен високоговорител, наречен subwoofer или събууфър е достатъчен за възпроизвеждане на много ниски честоти, дори в стерео и мултиканални звукови системи. Високите честоти имат къси вълни, измервани в инчове и части от инча(или сантиметри). Те могат лесно да бъдат спрени или отразени от дори малки обекти. Човешкият слух е много чувствителен към местонахождението на източници на високи честоти.

    Другите характеристики на звука при компютрите са амплитудата(която описва силата на звука; тя често се представя чрез своето ниво на звуково налягане или sound pressure level(SPL); прага на човешкия звук е около 0.0002 микробара, което означава смяна на налягането на 1/5,000,000,000-то от нормалните атмосферни налягания), децибели(те измерват шума на амплитудите; означават се с dB), дисторция(никой не е перфектен, както и звуковите усилватели, ето защо звука често се “изкривява”, именно това явление се нарича дисторция), Sampling Rate(тя ограничава лимитана честотен отговор на дигитална записваща система), резолюция(представлява броя на битове в дигитален код), Bandwidth, трансмисия, компресия(колкото по-голяма е тя, толкова по-малко място ще заеме звуковия файл на PC-то). Съществуват и т.н. звукови цикли, които представляват даден звук произведен определен брой пъти. За възпроизвеждане на музика от Интернет са нужни специални звукови системи(софтуер), като едни от най-известните такива са RealAudio, QuickTime, Windows Media Player и Winamp.

    Повечето хора са способни с две уши да възприемат звук в три измерения – човека може да прецени не само дали даден звук идва от ляво и от дясно, а и дали източника се намира отгоре, отдолу или някъде другаде. Две уши не би трябвало да са достатъчни за триизмерен звук(3D sound), но очевидно те са. Когато започнали първите изследвания учените започнали да обмислят тази аномалия. Те разбрали, че двете уши, трябвало да бъдат свързани към мощен “компютър” – човешкият мозък и че сами не биха могли да постигнат триизмерен звук. След като те разбрали как хората могат да извличат дълбочината(depth) от сигналите от две уши, инжинерите започнали да работят върху начини за обръщане на процеса. Те изменили сигнала преди той да бъде възпроизведен и измислили начини за добавяне на ефекти, така че да заблудят слушателите, че те чуват триизмерен звук, когато той е възпроизведен от две колонки – така се ражда понятието триизмерен звук или 3D sound при компютрите. Surround sound или “заобикалящ слушателя звук” е новото-старо изобретение в домашното слушане на звуци(използва се от доста време). Първата комерсиална демонстрация на surround sound идва с анимационния филм “Фантазия”, издаден през 1941 г. с шестканален саундтрак(soundtrack). Въпреки, че surround sound-a не винаги изисква специфичен брой канали, най-популярния формат използва четири канала, които са и основният стандарт. През 1976 г., лабораториите Dolby представят Dolby оптичния стерео звук, система, използвана за съкращаване на звука на високо качество от оптични звукови ленти. Дотогава, повечето филми с surround sound използвали магнитни саундтраци. Digital Theater системите(DTS) се появяват като системи за осигуряване на най-високо качество на обкръжаващ звук за motion picture кината. Най-лошия начин да се улови аудио сигнала от CD е да се постави микрофон(microphone, mic) срещу високоговорителя. От това страда не само качеството, но и други фактори при преминаване на аудио в аналогов формат. Използването на микрофон е единственият начин да се уловят истински звуци, например реч. Повечето звукови карти имат букси за микрофона, които позволяват микрофона да се включи директно и да се започне запис при използване на съответния софтуер веднага. Потребителя трябва да е наясно, че повечето звукови изходи(букси) за микрофон са направени за запис на реч.

    Работата на аудио-хардуера в компютъра е да настои движението на въздуха, така че да се получат звуци, които да предупредят, забавляват и учудят потребителя. Компютрите имат звукови електрически вериги от самото си създаване. Но в началото на компютрите, както и в началото на живота на Земята, нещата са били примитивни, както и хардуера използван за възпроизвеждане на звук. Основната звукова система на един компютър има три компонента – генератор на тонове, усилвател и високоговорител – които може би са най-ниско развиващия се хардуер на компютъра. Трябва да се отбележи, че въпреки че повечето компютри в днешно време са конкурентноспособни, дори и на най-добрите стереоуредби тази ниша от компютърния пазар почти не прогресира. Основно доказателство за това е, че някои от компютрите в днешно време си остават със звукови карти от първия PC на IBM.

    Когато всичките три компонента на звуковата система работят заедно можете да накарате вашия компютър да издаде звук толкова лесно, колкото и при написване на командата Control+C в DOS(тази команда не работи под Windows, освен в Command Prompt). Честотата и амплитудата на тона е предопределена от дизайнерите на първия IBM(както споменахме по-горе). Имайки предвид стандартното оборудване, вие можете да накарате вашия компютър да звучи изненадващо добре само чрез инсталиране на правилните драйвери за Windows.

    От гледната точка на един компютър, задвижването на въздух е голямо предизвикателство. За да се направят чуваеми звуци, компютърът трябва по някакъв начин да направи механична работа. Той има нужда от т.н. transducer, устройство, което предава енергия от една система на друга – от електрическият компютър до кинетичния свят на звука. Устройството се нарича високоговорител и е измислен през 1921 от Килог Райс. Изкуството на дизайна на високоговорителя започва единствено с драйвера. Обхватът на човешкия слух увеличава способността на който и да е драйвер да възпроизвежда звука по един и същи начин. Точното възпроизвеждане на пълния обхват от честоти, които човека може да чуе изисква или голяма електронна компенсация (наричана екуализация(equalization) от аудио инженерите) или използване на множество драйвери за високоговорителите, като всеки драйвер е ограничен до даден честотен обхват.

    Ууфърите(woofers) действат на най-ниските честоти, които почти изцяло представляват басовете, много често това са честотите от 150 Hz надолу. Туийтърите(tweeters) се справят с високите честоти, свързани с контрола на требъла, честоти които могат да започнат между 2000 и 5000 Hz и свършват в границите на човешкия слух. Midrange драйверите се грижат за обхватът между туйтърите и ууфърите. Терминът събууфър(subwoofer) се използва за описанието на специално направена спомагателна смесена високоговорителна система, служеща за увеличаване на звука от обичайните високоговорители(колонки) чрез разширяване на обхватът им на ниски честоти. Поради това, че човешкото ухо не може да локализира нискочестотните звуци, събууфърът може да се постави навсякъде в стая, като това няма да попречи на стереофоничното преживяване. Другите, по-малки високоговорители(колонки) често биват наричани satellite speakers.