Системы обработки и воспроизведения аудиоинформации

Основы MIDI и цифрового звука

MIDI (Musical Instrument Digital Interface - цифровой интерфейс музыкальных инструментов) представляет собой специальный компьютерный язык, позволяющий электронным музыкальным инструментам (например, клавишным синтезаторам) "переговариваться" с компьютерами. Он работает приблизительно так: предположим, вы используете в качестве музыкального инструмента клавишный синтезатор. Каждая клавиша на синтезаторе имеет соответствующий электронный переключатель. При нажатии клавиши, соответствующий ей переключатель активизируется и посылает сигнал компьютерной микросхеме внутри вашей клавиатуры. Далее микросхема посылает этот сигнал имеющемуся в клавиатуре интерфейсу MIDI, который преобразует сигнал в сообщения MIDI и, в свою очередь, посылает эти сигналы интерфейсу MIDI на компьютере.

Рис. 1 - Здесь показано, как сообщения MIDI записываются и проигрываются с помощью компьютера

Различные сообщения MIDI представляют все органы управления на клавиатуре. Кроме каждой клавиши, сообщения MIDI представляют колесо модуляции, колесо изменения тона и т. п. Ваш компьютер может запоминать сообщения MIDI, посланные ему в процессе вашей игры на клавиатуре. Можно запоминать и временные параметры исполнения (интервалы между нажатиями клавиш и длительность нажатия каждой клавиши). Потом компьютер может послать эти сообщения MIDI обратно клавиатуре с теми же временными параметрами, после чего у вас возникнет впечатление, что вы играете музыку, не касаясь клавиш. Основной алгоритм таков: вы играете музыкальный фрагмент на клавиатуре. Ваше исполнение сохраняется в памяти компьютера как набор инструкций. Далее компьютер посылает эти инструкции обратно клавиатуре, и вы слышите музыкальный фрагмент точно так, как исполнили его, включая все ошибки и нюансы (рис. 1).

Что такое цифровой звук

Цифровой звук (digital audio) является представлением звука в виде чисел. Запись звука как цифрового звука подобна записи звука на магнитофон. Предположим, к вашему компьютеру подключен микрофон. Когда раздается какой-либо звук (речь, пение, игра на музыкальных инструментах или просто какой-либо шум), микрофон "слышит" его и преобразует звук в электрический сигнал. Затем микрофон посылает сигнал звуковой карте на компьютере, которая преобразует сигнал в числа. Эти числа называются сэмплами (samples).

Звуковая карта (sound card) представляет собой устройство, вставляемое в компьютер, которое позволяет компьютеру понимать электрические сигналы от любых звуковых устройств. Вы можете рассматривать звуковую карту как "переводчика". Когда звуковое устройство (например, микрофон, электронный музыкальный инструмент, проигрыватель компакт-дисков или другое устройство, способное выводить аудиосигнал) посылает сигналы на компьютер, звуковая карта принимает эти сигналы и преобразует их в числа, которые может понимать компьютер.

Сэмплы содержат информацию, сообщающую компьютеру, как записанный сигнал звучал в определенные моменты времени. Чем больше сэмплов использовано для представления сигнала, тем выше качество записанного сигнала. Например, чтобы создать звукозапись в цифровом виде, имеющую такое же качество, как запись на компакт-диске, компьютер должен получать 44 100 сэмплов в секунду. Число сэмплов, полученных в секунду, называется частотой сэмплирования (sampling rate).

Размер каждого отдельного сэмпла также влияет на качество записываемого звука. Этот размер называется разрядностью (bit depth). Чем больше разрядность, тем выше качество звука.

Компьютер может сохранять все посланные ему сэмплы. Временные характеристики сэмпла также сохраняются. В последующем компьютер может посылать сэмплы обратно звуковой карте с такими же интервалами, так что вы услышите звук в точности таким же, как он был записан. Основная концепция выглядит так: звуковая карта записывает электрический сигнал от аудиоустройства (например, микрофона или проигрывателя компакт-дисков). Звуковая карта преобразует сигналы в наборы чисел, именуемые сэмплами, которые хранятся в компьютере. При воспроизведении сэмплы посылаются обратно звуковой карте, которая преобразует их в электрический сигнал. Сигнал посылается на звуковые колонки (или другое аудиоустройство), и вы слышите звук точно таким же, как вы его записали (рис. 2).

сэмпл цифровой звук компьютер

Рис. 2 - На этом рисунке показано, как звук преобразуется в числовую форму, чтобы его можно было записывать и воспроизводить на компьютере

MIDI и цифровой звук имеют свои достоинства и недостатки. Поскольку MIDI записывается в виде данных для воспроизведения, а не как реальный звук, у вас значительно больше свободы для манипулирования звуком, чем при работе с цифровым звуком. Данные MIDI могут быть преобразованы в стандартную нотную запись, что невозможно сделать с цифровым звуком. С другой стороны, MIDI невозможно использовать для записи того, что требует реального звука, например звуковых эффектов или вокала. С помощью цифрового звука можно записывать любые звуки и воспроизведение всегда будет точно таким же, как и в момент записи. В случае MIDI данные MIDI остаются неизменными, но устройство, используемое для воспроизведения, может быть изменено.

Список литературы

1. Гребенюк Е.И. Технические средства информатизации. - М.:ACADEMIA, 2008.

2. Рудометов Е. Материнские платы и чипсеты. - СПб.: BHV, 2007.

3. Крымов Б. Диагностика ПК с нуля. М., Лучшие книги, 2007.

Размещено на Allbest.ru