A hangkártya
"A hangkártya egy kettős feladatú I/O (input/output) eszköz.Elsődleges feladata a számítógépen futó alkalmazások hangjának megszólaltatása, azaz hangok előállítása. Kezdetben a hangok előállítása analóg módon, az ún. FM (Frekvencia-Modulációs) szintézissel történt. Ennek során egy fázismodulátor segítségével egy szinuszhullámot moduláltak egy másik segítségével. Az FM hangképzés során tehát a hangmagasság, a hangszín és a hangerő változtatásával képzett, szintetizált hang jön létre, mely jelentősen eltér a természetes hangoktól. A fejlődés következő lépcsőfoka volt a digitalizált hangminták lejátszása, mely során egy analóg-digitális átalakítóval készített majd elmentett hangállományokat egy digitális-analóg átalakító segítségével játszották le a hangkártyák.
A hangkártyák másik fontos feladata a hangok digitalizálása, mely során egy analóg-digitális átalakítóval külső hangforrásokból (mikrofon, magnetofon, CD játszó) érkező analóg hangokat tudunk a számítógép háttértárolóján digitális formában tárolni.
A hangkártyák legfontosabb jellemzői:
- a megszólaltatható csatornák száma napjainkban legalább kettő (sztereó), de a házimozi rendszerek által megkívánt öt, hat és hét csatornás hangvisszaadást biztosító hangkártyák is gyorsan terjednek,
- a frekvenciatartomány a hangkártya által kidolgozott hang frekvenciaterjedelme (pl. 20-16000 Hz),
- a torzítás a hangkártya által kialakított jelalak torzulását jellemzi az eredeti jelalakhoz képest (pl. 0.5%),
- a jel/zaj viszony a hangkártya kimenetén mérhető hasznos jel és az elektromos áramkör által okozott zaj teljesítményének a hányados (pl. 85 decibel),
- a mintavételi frekvencia a hangrögzítő egység jellemzője, értékei szabványosítottak (96kHz, 48kHz, 44,1kHz, 22,05kHz, 11,025 kHz),
- a felbontás azt mutatja meg, hogy a hang digitalizálása során hány hangerőszintet különböztet meg a hangrögzítő (tipikus értéke napjainkban 128bit),
- a polifónia a szintetizátorok jellemzője, azt mutatja meg, hogy egyszerre hány különböző hangot tud megszólaltatni a szintetizátor.
A hangkártyák MIDI hangok megszólaltatására is alkalmasak, MIDI eszközök is csatlakoztathatóak hozzájuk.
A hangkártyákon csatlakozó aljzat található a játékvezérlő eszközök (botkormány, gamepad) számára.
"
A számítógéphez csatlakoztatható (PCI, USB) kártya, vagy az alaplapra integrált áramkör, mely a számítógépen futó alkalmazások hangját juttatja külső hangszóróra, bizosítja külső jelek digitalizálását és háttértárolón történő rögzítését, illetve csatlakozó aljzatot tartalmaz játékvezérlők (botkormány, gamepad) és MIDI eszközök számára.
A hangfrekvenciás tartományba (20Hz-20000Hz) eső beszédet, zenét, zörejeket tartalmazó analóg elektromos jel.
Digitális hangfeldolgozó processzor - digitális hangrendszerekben a hangok és a hangzás kialakítását végző hardver-egység.
A hangkártya működése
"A természetben megszólaló hangok analóg jellegűek, azaz egy időtartomány minden egyes pillanatában léteznek (szólnak, hallatszanak) és erősségük egy minimális és maximális érték bármilyen lehet. Az analóg jelek mint függvények tehát az időtartományban folytonosak, az értékük pedig tetszőleges lehet. Az analóg hangok digitalizálása három lépésből áll:- a mintavétel során adott időpillanatokban meghatározzák a jel nagyságát. A kapott értékeket mintáknak nevezik. A mintavételi gyakorisága, a mintavételi frekvencia a hang spektrumában előforduló legmagasabb frekvenciának legalább kétszerese kell, hogy legyen. HI-FI minőségű hangzáshoz legalább 44 kHz-es mintavételi frekvencia szükséges, az emberi beszédhangot digitalizálásához elegendő a 11, vagy 22 kHz-es frekvencia. Minél magasabb a mintavételi frekvencia, annál jobb a hang visszaadása, de annál nagyobb lesz a digitalizált hangállomány mérete.
- a kvantálás során a minták értékét kerekítik egy alapmennyiség, az ún. kvantum egész számú többszörösére. Ha a kvantum pl. értéke 1mV, akkor az 1V nagyságú villamos jelet 1000 értékre lehet bontani, a kvantált minta értéke lehet 1, 3, 345 stb. mV, de nem lehet 1,2, 166, 4 mV. A mintavételezés és a kvantálás után alakul ki a digitalizált jel, mely 0 és 1 számjegyek sorozata.
- az átviteli csatornák torzító hatásának csökkentésére a digitális jelsorozatot kódolják.
A digitalizálást az analóg-digitális (A/D) átalakító végzi.
A digitalizált hangállományok meghallgatásához a először a digitális jelet digitális-analóg (D/A) átalakító segítségével analóg jellé alakítják, majd erősítik és a villamos jelet akusztikus hullámokká alakító eszközökkel (hangszóró, hangfal, fejhallgató) megszólaltatják."
Olyan jel, mely az időtartományban folytonos, érteke egy min. és egy max érték között tetszőleges lehet.
Analog/digital - az analóg jelet digitálissá alakító (konvertáló) áramkör.
Digital/Analog - a digitális jelet analóggá alakító (konvertáló) áramkör.
Az analóg jel értékének meghatározása adott időpillanatokban.
Hangjel értéke egy adott időpillanatban.
A hangminta bináris kódolásához használt bitek száma (pl. 8 bites felbontás 256 szint megkülönböztetését biztosítja).
Egy alaphang és felharmonikusai által keltett hangérzet.
A hangkártyákon alkalmazott FM (frekvenciamodulációs) hangkeltés során alkalmazott generátorok működését paraméterező, leíró adathalmaz neve.
A memóriában levő hullámtábla többnyire hangszerek igen jó minőségben digitalizált hangmintáját tartalmazza, ami jóval valósághűbb, mint az FM szintézissel előállított hang. A processzor a megszólaltatandó hangnak megfelelően előkeresi a hullámtáblából a szükséges minták megfelelő részeit, ezeket összerakja, és ebből az analóg-digitális átalakító hozza létre a megszólaló hangot.
Musical Instrument Digital Interface - szabványos zenei szintetizátor leírónyelv és adatátviteli protokoll (szabálygyűjtemény). Eredetileg egymástól különböző elektronikus hangszerek összekapcsolására fejlesztették ki. A protokoll lehetővé teszi, hogy a vezérlőegység - általában billentyűzet - és a hanggeneráló modul elkülönüljön egymástól. A köztük zajló MIDI adatfogalom rögzíthető és tárolható. Az adatforgalom lejátszásával a zene újra előállítható, szerkesztésével pedig utólag új effektusok vihetők be. Ilyen adatokat -azaz zenét- a számítógéppel is elő lehet állítani.
Olyan analóg elektronikus áramkör, mely különböző frekvenciájú és burkológörbéjű (időbeli lefutású) hangok összegzésével állít elő zenei és beszédhangokat, zörejeket.
FM szintetizátor mikrochip, mely frekvenciamodulált hangcsatornák előállításával és összekeverésével állítja elő a hangot.
Bemenet: a hangkártyán lévő, külső jelforrás jelét fogadó csatlakozóaljzat.
A hangkártya által előállított jel külső eszközök számára történő elérhetőségét biztosító csatlakozóaljzat.
Valamely ki- vagy bemeneti ponton mérhető hasznos jel és zaj teljesítményének a hányadosa (általában logaritmikus egységben, decibelben adják meg).
Egy elektronikus áramkör a bemenetére adott jel alakját megváltoztatja, ezért a kimenetén torzított jel jelenik meg.
A hangjel leghangosabb és a leghalkabb részletének hányadosa (általában logaritmikus egységben, decibelben adják meg).
Az elektronikus eszközök (erősítők, hangszórók, mikrofonok, stb) működésére jellemző frekvenciasáv, melyben valamilyen átviteli tulajdonság értéke adott tűrésmezőn belül változik csak (pl. egy erősítő erősítése a hangfrekvenciás tartományban 100, +/- 5%).
A hangkártya összekapcsolása más eszközökkel
A hangkártyákon legalább három csatlakozó található. A bemenet egyikére (Line-in) külső audió eszközök kapcsolhatók, a "Micr." bemenetre mikrofon csatlakoztatható. Az "Out" vagy "Line-out" csatlakozón jelenik meg az analóg hangjel, mely hangszóróra, vagy külső erősítőre is vezethető. A csatlakozás legtöbbször 3,5 mm átmérőjű, ún. Jack dugókkal történik, azonban egyre több hangkártyán található optikai jelet fogadó csatlakozó is. A hangkártyák egy része digitalizált állományokat is képes fogadni az "S/PDIF" csatlakozón keresztül. A többcsatornás hangképzés (házimozi) esetében a 4,5,6 vagy 7 hangkimenetet az előzőekben felsorolt csatlakozók szerepének átdefiniálásával (pl. a mikrofon bemenet szolgáltatja a házimozi középső és basszus csatornájának jeleit), vagy további csatlakozók beépítésével biztosítják.
A hangkártyákon a MIDI és a játékvezérlő eszközök csatlakoztatására szolgáló aljzat is található.
A hangkártya olyan kimeneti/bemeneti csatlakozója, melyen szabvány által előírt nagyságú jel jelenik meg (előírt nagyságú jelet kell adni), értéke 0,7…1 Volt.
Sony/Philips Digital Interface - a Sony és a Philips cégek által szabványosított, digitális audió ki- és bemenet hangkártyákon.
Olyan ki- és bemenet a hangkártyákon, melyen az adattovábbítás optikai hullámok segítségével történik.
Szabványos csatlakozó aljzat és dugó, nevét az elsőként előállító Radio Corporation of America cégről kapta. Koaxiális kábelekhez, valamint hangfrekvenciás berendezések összekapcsolására szolgáló árnyékolt vezetékekhez használják.
Szabványos, 3,5 vagy 6,5 mm átmérőjű, mono és sztereó kivitelben készülő aljzat és dugó. A hangkártyákon található csatlakozó aljzat 3,5 mm-es.
Hagfrekvenciás elektromos jeleket mechanikai rezgéssé (akusztikus hullámokká) átalakító elektromechanikus szerkezet.
Hangfelvétel és hangszerkesztés
"A hangkártyákhoz mellékelt programok, valamint az operációs rendszer által biztosított szolgáltatások a hangok felvételén és lejátszásán túl szerkesztési lehetőségeket is biztosítanak. A legfontosabb hangszerkesztési eljárások a következőek:- a vágás során a rossz minőségű, vagy nem szükséges részeket tudjuk eltávolítani a hanganyagból, illetve tetszőleges sorrendbe tudjuk állítani a felvételeket,
- különböző hanghatásokat, effekteket tudunk a hangokhoz adni (visszhang, amplitúdó-moduláció, zajok, fordított irányú lejátszás, torzítás, stb.),
- egy adott hanganyagba egy másikból származó részeket tudunk beilleszteni,
- zajos hangfelvételek esetében a zaj nagyságát csökkenthetjük,
- hangformátumok közötti átalakítást végezhetünk.
A Windows operációs rendszerben hang rögzítésére és egyszerű szerkesztésére a Start menü Programok-Kellékek-Szórakozás programcsoportjában található Hangrögzítő program ad lehetőséget."
Az a folyamat, mely során a hangfrekvenciás akusztikus jeleket villamos jelekké alakítják és tárolják (mágnesszalagon, merevlemezen, stb.).
A rögzített hang feldolgozása, mely során részeket lehet kivágni az eredeti anyagból, a felvételtől eltérő sorrendben lehet rögzíteni, a zajokat ki lehet szűrni, stb.
21. századi közoktatás - fejlesztés, koordináció (TÁMOP-3.1.1-08/1-2008-0002)
