Занимательные Факты из Жизни Звуковых Карт

В течение нескольких недель я провожу опрос посетителей на одной из моих www страниц с целью оценить положение на рынке звуковых карт. Результаты вы можете видеть на Рис. 1, а принять участие в голосовании и ознакомиться с самыми последними результатами (на момент публикации, естественно, данные, приведенные на Рис.1 несколько устареют...) 

Рис. 1 Оценка состояния рынка звуковых карт.

Первое, что бросается в глаза, несмотря на поднятую шумиху вокруг звуковых карт для PCI, лидерство среди посетителей моей www страницы уверенно удерживают карты для шины ISA (78%). По моим оценкам получается, что потребители продолжают отдавать предпочтение продукции Creative Labs для шины ISA (более 63%). И это несмотря на мощнейшую рекламную кампанию по продвижению действительно неплохой звуковой карты SBLive! для шины PCI. Ее доля среди посетителей моей страницы пока ничтожна (7%). В свете фактической победы ISA карт над PCI полным абсурдом и совершенно не демократически выглядят попытки всех известных компьютерных монстров вообще запретить использование ISA! Удивительно, но большое количество опрошенных продолжают использовать Sound Blaster 16. Это относительно дорогая звуковая карта (цена около $20) с весьма слабыми параметрами звукового тракта. Единственное ее "достоинство" это то, что она сделана самой Creative Labs. Более дешевые ISA карты OPTi-93*, Yamaha Sax и ESS186* имеют лучшие параметры звукового тракта и 16-битный фулдуплекс. В этом вы можете убедиться, испытав на вашей звуковой карте мою программу измерения параметров (амплитудно-частотной характеристики, нелинейных искажений и отношения сигнал/шум) звуковых карт и других аудио устройств. Почему же более дешевые и качественные ISA и PCI звуковые карты проиграли в конкурентной борьбе заурядному и довольно дорогому Sound Blaster 16 (или Vibra)? Думаю, что основную роль сыграло отсутствие программного обеспечения, полностью раскрывающего возможности дешевых ISA и, особенно, PCI карт. А почему не появилось такого программного обеспечения? Да потому, что производители этих карт засекретили всю документацию по программированию своего "железа". Я потратил десятки часов на поиски в Интернет хоть какого-нибудь руководства программиста для OPTi-931, Yamaha Sax, ESS1869 и Vortex 1 (PCI). И если для ISA карт что-то есть (хотя бы на японском языке), то для PCI звуковых карт полный ноль! А вот Creative Labs свободно распространяет через Интернет подробнейшие описания "железа" и руководства программиста, включая исходник драйверов под Windows 95/98 для своих ISA карт. И как результат, море различного оригинального, порой весьма качественного "софта" от небольших фирм и первое место на рынке звуковых карт. А вот для SBLive! документации по программированию нет, и, как следствие (возможно, я не прав), мизерные 7% на рынке звуковых карт. Со стороны производителей PCI звуковых карт гениальным ходом в конкурентной борьбе с Creative Labs было бы полное раскрытие документации по железу и программированию микросхем Vortex I/II! (Vortex это главное оружие конкурентов Creative Labs).

Первое место звуковых карт AWE32/64 выглядит более или менее закономерно. Эти карты при относительно невысокой цене имеют сравнительно неплохие параметры звукового тракта и вполне сносное качество миди звука. Основной недостаток этих устройств, по мнению многих пользователей, заключается в отсутствии полноценной поддержки 16-битного фулдуплекса на аппаратном уровне. Однако, мне, наконец, удалось окончательно разобраться с этим вопросом. 16-битный фулдуплекс в AWE32/64 есть! Вся проблема заключена в криво написанных самой Creative Labs Windows драйверах. Для доказательства этого утверждения я написал ms-dos программу, позволяющую на AWE32/64 записывать и воспроизводить 16-битные сигналы одновременно. Однако разработать стандартный драйвер для Windows 95/98/NT, полностью инкорпорирующий 16-битный фулдуплекс для AWE32/64 в операционную систему, у меня просто нет времени. Вот если бы нашлись спонсоры…

Звуковые карты против студийной аппаратуры

Традиционно считалось, и многие музыканты и звукорежиссеры продолжают считать, что студийные ревербераторы и другие устройства обработки звука обеспечивают значительно более высокое качество выходного сигнала, чем системы на основе персонального компьютера, звуковой карты и соответствующего программного обеспечения. Обосновывалось это тем, что студийные устройства имели АЦП/ЦАП большей разрядности (20..24-битные против 16-битных звуковых карт), цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС) в студийных устройствах использовались, как правило, 24-битные, а программное обеспечение еще несколько лет назад на персональных компьютерах было 16-битное. Кроме того, процессоры Intel 486 и Pentium 75..90 MHz были намного "слабее" любого самого заурядного ЦПОС. Это приводило к невозможности обработки звуковых сигналов в реальном времени на персональном компьютере. Сегодня положение быстро меняется на обратное. Intel Pentium II/Ш 400..500 MHz по вычислительной мощности вполне сопоставим или превосходит большинство ЦПОС. И особенно это утверждение верно для вычислений с плавающей точкой. В этой области у "пня" практически нет конкурентов (не согласны? А попробуйте, аргументировано, с цифрами в руках, опровергнуть!). Другое дело, что ЦПОС сопоставимой вычислительной мощности остаются значительно дешевле Pentium, потребляя при этом меньшую мощность и имея меньшие размеры. Кроме того, как правило, система команд процессоров цифровой обработки сигналов специально приспособлена для программирования алгоритмов типа MPEG, КИХ и БИХ фильтров, БПФ, конвеерной обработки, полного контроля над кэшэм команд и данных и распараллеливания операций. Это позволяет создавать для ЦПОС оптимизированные под конкретные алгоритмы программы, а значит получать большую вычислительную эффективность на специальных задачах при меньшей, по общим тестам, вычислительной мощности. Например, ЦПОС tms320c31 40 MHz на некоторых задачах фильтрации сопоставим с Pentium 200 MMX. Вдобавок к этому ЦПОС специально приспособлены для создания многопроцессорных систем (хотя Pentium тоже). Многие современные студийные устройства обработки звука имеют в своем составе два и более относительно маломощных ЦПОС. С другой стороны, Pentium III 500 MHz вполне может заменить сразу несколько ЦПОС. А также стоит обратить внимание, что такие звуковые карты, как AWE32/64, Vortex, SBLive! имеют "на борту" современные ЦПОС. В персональный компьютер можно вставить сразу несколько таких карт, создав, таким образом, многопроцессорную систему колоссальной вычислительной мощности. Подводя итог, можно сказать, что по вычислительной способности персональные компьютеры (особенно многопроцессорные системы на основе Pentium III) сравнялись или превзошли студийные приборы цифровой обработки звука. Разрядность АЦП/ЦАП современных звуковых карт значительно выросла. Теперь уже не редкость 24 бит 96 Кгц звуковые карты. И в этой области отставание от студийных устройств устранено.

Что может в реальном времени старый Pentium 200 MMX

Основным устройством цифровой обработки сигналов звукового диапазона в студии продолжает оставаться ревербератор. Интересно, что именно качество студийных ревербераторов считалось недостижимым (особенно в реальном времени) для персонального компьютера, оснащенного звуковой картой. Однако сегодня этот миф рассеялся, как дым. Связано это с выходом на рынок программного обеспечения именно тех фирм, студийные аппаратные ревербераторы которых и были основным аргументом сторонников "железной" реализации звукообрабатывающей аппаратуры. И сразу все встало на место. Великолепное качество звука программного ревербератора TC Electronics без проблем работающего на Pentium 200/Awe64Gold в реальном времени не уступает звуку аппаратного ревербератора той же фирмы. (Рис. 3) А многим слушателям программная реализация нравится даже больше!

Рис. 2 Программный ревербератор TC Electronic.

Не отстали и чисто софтверные фирмы. Прекрасный звук дает программный ревербератор фирмы Waves (Рис. 3).

Рис. 3 Программный ревербератор фирмы Waves.

Другими очень распространенным устройствами цифровой обработки сигналов звукового диапазона, традиционно выполнявшимися аппаратно, являются, так называемые, гитарные процессоры. Это ОЧЕНЬ сложные цифровые устройства на мощных ЦПОС. Типичный внешний вид студийного варианта такого устройства показан на Рис. 5.

Рис. 4 Цифровой гитарный процессор.

Кроме обязательного ревербератора типичный цифровой аппаратный гитарный процессор должен реализовывать звуковые эффекты флэнжера, фэйзера, эквалайзера, дистошн, компрессора, симулятора лампового усилителя, звуковых колонок, микрофонов, подавителя шумов и питч-шифтера. Все эти эффекты обычно реализованы в виде программ для специализированных ЦПОС, установленных в аппаратном гитарном процессоре.

Рис. 5 Программный гитарный процессор для звуковых карт.

На сегодня существует довольно много работающих в реальном времени программ от различных софтверных фирм, реализующих все выше перечисленные аудио эффекты, а также и весь гитарный процессор как функционально законченное виртуальное устройство (Рис. 6). Весьма интересно и занимательно создавать свой оригинальный виртуальный гитарный процессор, строя его как из кубиков из программных блоков разных фирм, реализующих все мыслимые аудио эффекты. Можно взять все самое лучшее от разных производителей! Например, собрать на основе программы WaveLab 2.0 или CoolEdit Pro такой гитарный процессор - сначала оцифрованный гитарный сигнал со звуковой карты попадает на программный компрессор фирмы Waves, затем сигнал поступает на дистошн фирмы Simon Software, далее сигнал обрабатывается эффектами флэнжэр и хорус фирмы Sinthrilium или AMWIDA, после этого подается на симулятор гитарного лампового усилителя от фирмы Gadget Labs (Рис. 6),

Рис. 6 Программный симулятор лампового усилителя.

далее на эквалайзер фирмы AMWIDA, далее на эмулятор гитарных колонок от Simon Software, и, наконец, сигнал обрабатывается программным ревербератором TC Electronic, шумоподавителем фирмы Steinberg (Рис. 8), подается на выход звуковой карты для прослушивания и записывается в цифровой форме на жесткий диск персонального компьютера. При наличии соответствующего программного обеспечения "сборку" подобного виртуального цифрового гитарного процессора можно осуществить за несколько минут! Естественно, все это работает в реальном времени с качеством лучших аппаратных гитарных процессоров на примитивном персональном компьютере с Pentium 200 MHz, оснащенном недорогой звуковой картой. Прослушать впечатляющие результаты моих экспериментов с подобным программным обеспечением вы можете по адресу http://www.geocities.com/SilliconValley/Pines/7899   (файлы в формате RA, MP3).

Рис. 8 Программный подавитель шума.

Звуковые карты против аппаратных музыкальных синтезаторов

 Неоспоримые преимущества аппаратных музыкальных синтезаторов над системой, состоящей из персонального компьютера, звуковой карты и миди клавиатуры, это еще один, пока актуальный, миф (а может быть и реальность). Во всяком случае, ни в одном журнале, посвященном технической стороне электронной музыки, и нигде в Интернет мне не удалось обнаружить серьезного, технически грамотного и статистически значимого исследования этого вопроса. Но кажется и в этой области происходит революция. С выходом на рынок программных синтезаторов фирмы Nemesys с продуктом Gigasampler открылись поистине новые горизонты (это не реклама, а всего лишь мои впечатления от испытания данной программы). Идея очень проста. Никакого синтеза вообще нет. Естественный звук музыкального инструмента тотально оцифровывается на всех мыслимых (разумно!) высотах, громкостях и т.д. и сохраняется на жестком диске персонального компьютера. И пусть это будет, скажем 10 Гб! Ну и что? Можно легко найти винчестер и большего размера. При нажатии на клавишу миди клавиатуры с жесткого диска считывется сигнал нужной высоты и громкости и воспроизводится звуковой картой.