Tài liệu Cạc âm thanh ppt

Âm thanh tự nhiên là một dạng sóng tương tự analog, có nghĩa rằng nguồn phát ra như thế nào thì nó được truyền vào tai người phải có dạng như thế đó - Thế nhưng máy tính thì lại chỉ làm

Cạc âm thanh

Bo mạch âm thanh (tiếng Anh: sound card) trong máy tính là một bo mạch mở rộng các

tính năng về âm thanh (và một số chức năng khác về giải trí, kết nối ) để có thể phát tín hiệu cho các thiết bị về âm thanh như loa máy tính, amply cho hệ thống loa dân dụng

ÂM THANH LÀ GÌ? TẠI SAO CẦN BO MẠCH ÂM THANH?

Âm thanh là gì?

Bạn có bao giờ thắc mắc rằng âm thanh là gì không? Chắc chẳng bao giờ có một người

bình thường (không khiếm thính) thì câu hỏi này là thừa, và có lẽ rằng không cần giải thích

gì nhiều đối với câu hỏi này Bạn thì không cần đọc những điều này thì cũng tự biết rằng: Con người thì có thể phát ra các âm thanh để phục vụ quá trình trao đổi thông tin hoặc thể hiện cảm xúc Nhạc cụ phát ra các âm thanh để cùng một dàn nhạc cho thưởng thức Thiên nhiên phát ra âm thanh để ta cảm nhận được chúng đang tồn tại và phát triển

Và bây giờ thì tôi muốn nói lại rằng: Có hai thứ quan trọng nhất trong âm thanh: Đó là: tần

số âm thanh và cường độ âm thanh Tần số thì luôn có một định nghĩa chung rằng chúng làcác giao động trong một giây đồng hồ, còn cường độ là độ lớn của sóng dọc (mà nếu bạn thực sự tìm hiểu về nó thì đã click chuột vào link "âm thanh là gì" mà tôi đã cố công sưu tầm cho bạn ở trên)

Vậy thì đó là âm thanh tự nhiên, thiên nhiên, nhưng để chuyển chúng vào máy tính thì quả

là phức tạp Âm thanh tự nhiên là một dạng sóng tương tự (analog), có nghĩa rằng nguồn phát ra như thế nào thì nó được truyền vào tai người phải có dạng như thế đó - Thế nhưng máy tính thì lại chỉ làm việc ở dạng số (digital), nó hầu như không hiểu tương tự là gì và cũng không bao giờ làm việc ở dạng tín hiệu tương tự trên các bus của mình Điều này thì

dễ hiểu bởi vì tín hiệu tương tự, sóng tương tự rất dễ bị nhiễu trên đường truyền Một lúc nào đó tôi sẽ trình bày rằng ngay cả việc truyền tín hiệu thông thường nhất từ bo mạch âm thanh cho đến dàn amply hoặc loa máy tính thì chúng đã bắt đầu bị nhiễu, và người sử dụng thì luôn không mong muốn điều đó đối với sự cảm nhận

Số hoá âm thanh vào máy tính

Ở phần phía trên thì bạn biết rằng âm thanh là sóng tương tự, bởi vì dạng tín hiệu digital đơn thuần thì không thể nào rạo ra âm thanh được Ở phần trên cũng nói rằng dạng digital

sẽ không bị nhiễu, đúng vậy, bởi vì chúng chỉ có hai dạng là có và không, nhỏ và lớn, thấp

và cao, tức là hoàn toàn đối lập

Sơ đồ nguyên lý chuyển dạng tín hiệu analog sang digital

Bạn có thể hình dung như thế này là một dạng tín hiệu số: Bạn có một cái bóng đèn sợi đốt

và một cái công tắc bật cái bóng đó Khi bật công tắc lên thì bóng đèn sẽ sáng, và trạng tháisáng này thì tương đương với tín hiệu 1 - hoặc là "có" Khi tắt công tắc thì tất nhiên đèn sẽ không sáng nữa, tức là tương đương trạng thái 0, tức là "không có" Thế đấy, số hoá thật đơn giản chỉ với hai trạng thái 0 và 1, nó tạo thành các chuỗi 0 và 1 đan xen nhau kiểu như thế này: 00101110100101010001110101010

Trong trường hợp bóng đèn sáng hơi tôi tối đi một chút do công tắc có tiếp điểm kém đi (có điện trở) hoặc sáng hơn bình thường vì điện quá khoẻ, hoặc lý do gì đó mà bóng bị già

cũ đi nên phát sáng yếu thì sao nhỉ? Trong digital nó không có ý nghĩa gì hết - bởi vì nó chỉquan tâm xem là bóng đèn có sáng hay không hay là được tắt đi Thế thôi Và điều này thì giải thích rằng tại sao dạng digital lại không bị nhiễu - bởi vì nó không bị ảnh hưởng bởi những thứ lặt vặt như điện quá áp, công tắc cũ, sợi đốt kém vì chúng không quan trọng đến cường độ sáng của bóng đèn Thật dễ hiểu phải không bạn

Bây giờ thì tôi không còn thấy các dạng lưu trữ dạng tương tự còn tồn tại nữa Trước đây thì có, chúng là các băng từ để chứa âm thanh trên băng âm thanh hoặc như các loại đĩa nhựa cổ điển nhưng lại có âm thanh thật tuyệt vời Bây giờ thì tất cả ở dạng số hết, và do

đó thì chúng sẽ có âm thanh rất chuẩn, rất nét, trong trẻo, và tuyệt vời vì không còn nhiễu nữa? Nhưng không phải vậy đâu (do đó mà người ta còn thích các đĩa nhựa, và người ta còn thích các amply sử dụng các đèn điện tử chân không rất lạc hậu và cổ điển trước đây)

Tại sao lại như thế nhỉ? có gì vô lý chăng?

Nào, bạn hãy nhìn vào hình ảnh bên phải, chúng mô phỏng một số công đoạn số hoá tín hiệu âm thanh, thực ra thì mở rộng chúng ra với các tín hiệu tương tự khác thì cũng đều như thế cả

Và qua hình đó thì bạn sẽ thấy điều gì nhỉ? Có vẻ như tôi nhìn vào đó thì nhận ra một vài điều như sau:

• Âm thanh tự nhiên khi chuyển sang số hoá sẽ không còn nguyên bản nữa Đúng thế, có vẻ như một số dạng tín hiệu sẽ bị mất đi do quá trình số hoá bởi vì một biên

độ lấy mẫu để chuyển hoá sẽ không còn tạo ra sự mượt mà của dạng tín hiệu sóng

Đến lúc này thì bạn đã hiểu rằng tại sao lại

có những người âm lịch đến nỗi thích sưu

tầm các đĩa nhựa, thích các hệ thống amply

cổ điển dùng đèn điện tử chân không, và

thậm chí rằng cả một bo mạch chủ của một

hãng nào đó đã sử dụng đèn điện tử chân

không để khuếch đại tín hiệu âm thanh nữa

Họ rõ ràng rằng đã nói đến sự hay ho, trong

trẻo của âm thanh bởi những tiếng violon

không bị mất, tiếng gió xào xạc mà chỉ có

đĩa nhựa mới tái hiện được? Bạn không tin

và cho rằng đó là sự ngớ ngẩn? Nhưng bây

giờ thì có lẽ rằng bạn tin điều đó - mặc dù

những người âm lịch đó thì có lẽ chẳng hiểu về hai dạng sóng digital với lại analog khác nhau như thế nào, tại sao lại như thế như tôi vừa trình bày ở đây

Quay lại với hình trên thì bạn có thắc mắc gì không khi mà dạng tín hiệu số lại nhấp nhô, cao thấp như kiểu bóng đèn sáng không đều nhỉ? Không đâu, đó chỉ là dạng cắt lấy mẫu thôi, còn dạng tín hiệu lưu trữ nó thì vẫn là 010011 mà thôi Nếu bạn tư duy một chút nữa thì thấy rằng chúng chỉ có biên độ cao thấp khác nhau, mà nếu như biên độ là một tham số thì có gì là không thực hiện được nhỉ

Và bo mạch âm thanh có tác dụng gì đây

Ở trên thì tôi đã nói rằng người ta đã số hoá âm thanh thành các dạng tín hiệu có thể được chấp nhận ở trong máy tính trên các thiết bị lưu trữ dữ liệu Bây giờ là lúc cần phát lại âm thanh đó ra loa hoặc tai nghe Vậy thì phần mục này thật đơn giản cho một mục đích: Chuyển âm thanh từ dạng tín hiệu số sang âm thanh dạng tín hiệu tương tự để qua một khâu kế tiếp nữa là khuếch đại công suất để có thể phát ra âm thanh cho con người

Một bo mạch chủ vào năm 2002 của hãng AOpen (Đài Loan) sử dụng đèn điện tử chân không cho khuếch đại âm thanh để đảm bảo chất lượng âm

Thế thì sao, bo mạch âm thanh có vẻ có một

nhiệm vụ đơn giản Quả thực chỉ như thế thì chỉ

một linh kiện nho nhỏ như hình ở bên phải cũng

có thể đáp ứng được sự làm việc của bo mạch âm

thanh

Nhưng không, nhu cầu của con người đã bắt nó phát triển đến các công nghệ mới, nó không còn đơn giản như chính công dụng ban đầu nữa, mà phục vụ cho các mục đích giải trí cao hơn và những điều này thì bạn có thể xem ở các mục tiếp theo của entry này

Có thể ngay bây giờ thì chưa xuất hiện những dòng chữ nói về những điều đó, nhưng mà tôi sẽ viết dần dần vào đây - bởi với ý định của tôi là sẽ viết toàn bộ các linh kiện trong máy tính một cách sơ lược (kiểu như là sưu tập cho đủ bộ vậy), rồi lại quay lại giải thích rõhơn, sâu hơn

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Bo mạch âm thanh không xuất hiện từ khi máy tính ra đời bởi các hệ thống máy tính cá nhân (IBM-PC) đầu tiên được phát triển với sự trú trọng vào cấu trúc và sự định hướng của

bộ vi xử lý Âm thanh trên máy tính khi này chỉ là những tiếng "bíp" với chức năng chính

để báo lỗi trong quá trình khởi động hệ thống (POST) hoặc các lỗi tràn bộ đệm của bàn phím mà từ đó chúng ta có thể chuẩn đoán được bệnh của PC thông qua việc giải mã các tiếng bíp đó

Những máy Macintosh ngay từ khi ra đời vào khoảng năm 1984 đã có các chức năng âm thanh với chất lượng khá tốt Với các dòng máy tính cá nhân (PC) của IBM thì sự mở rộng tính năng về âm thanh chỉ được chú trọng phát triển sau những năm 1980 bởi những công

ty, phòng thí nghiệm AdLib, Roland, Creative Lab Chính sự cạnh tranh của các công ty này và các công ty phát triển phần cứng máy tính sau này đã tạo ra sự phát triển và định hướng các chuẩn của bo mạch âm thanh

Cho đến nay các bo mạch âm thanh đã được cải tiến rất nhiều so với những thời gian trước

đó, với rất nhiều tính năng mở rộng, các bộ xử lý âm thanh còn có số transistor nhiều hơn các dòng CPU thời trước, chất lượng và các tính năng mở rộng của bo mạch âm thanh đã vượt khỏi chuẩn truyền thống khiến người sử dụng có một cách nhìn khác hơn về công nghệ giải trí số trên máy tính

Để mở đầu cho entry này, tôi mong muốn giúp bạn hình dung ra những bo mạch âm thanh

Cirrus Logic CS4382 - 8-kênh DAC của bo mạch âm thanh Sound Blaster X-Fi [Nguồn ảnh: wikimedia commons]

đã và đang được sử dụng trong thế giới của những chiếc máy tính cá nhân Qua những hìnhảnh này thì bạn có thể có một cái nhìn sơ bộ về sự phát triển của công nghệ bo mạch âm thanh

Một bo mạch âm thanh cổ điển, được sản xuất năm 1990 [Nguồn ảnh: en.wiki]

Và tiếp theo, cho đến thời gian gần đây thì bo mạch âm thanh đã phức tạp hơn rất nhiều

so với những gì bạn nhìn thấy ở hình ảnh phía trên

Bo mạch âm thanh Creative Sound Blaster X-Fi Fatal1ty - một đại diện của bo mạch âm thanh hiện đại Bộ

xử lý âm thanh trên bo mạch này đã phải sử dụng đến phiến tản nhiệt Trên bo mạch đã có RAM để phục vụ cho quá trình xử lý hoàn hảo hơn [Nguồn ảnh: Wikimedia commons] (Ảnh kích thước lớn)

Máy tính xách tay hiện nay cũng có thể được tích hợp sẵn các bo mạch âm thanh đa kênh, đối với các loại máy tính xách tay cũ hơn cũng có thể được nâng cấp phần âm thanh lên chất lượng tốt hơn nhờ các card mở rộng (xem hình dưới)

Một bo mạch âm thanh mở rộng dùng cho máy tính xách tay thông qua PC card, bo mạch cụ thể này có khả năng xử lý 24-bit/96 kHz 2 kênh (stereo) [Nguồn ảnh: Wikimedia commons]

Và dưới đây là một bo mạch âm thanh của một hãng mà không phải là chuyên sản xuất chuyên cho lĩnh vực âm thanh, đó là ASUS Nhìn nó cũng không đến nỗi thất vọng lắm nhỉ.

Bo mạch âm thanh Xonar D2/PM của ASUS được thiết kế rất ấn tượng Có lẽ rằng từ đây thì các bo mạch

âm thanh cao cấp sẽ chú trọng đến hình thức bên ngoài để che đi các linh kiện và chắn các nhiễu có thể xuất hiện từ chúng đến các linh kiện khác Do các jack đầu ra không có màu sắc nên chúng sử dụng đèn LED màu để phát ra ánh sáng phân biệt theo màu (mặc dù điều này là thừa bởi chúng đã được ký hiệu rõ ràng,

và ít người thưởng thức màu sắc này ở phía sau của vỏ máy tính.

Giá bán của bo mạch âm thanh này vào khoảng 261 USD tại 3C (VN) (T8/2008) [Nguồn ảnh: Wikimedia commons]

Còn dưới đây là một bo mạch âm thanh sử dụng bus PCI Express của Creative

Một bo mạch âm thanh sử dụng bus PCI Express của Creative Phần hình bên phải là khối lắp vào một khay chứa ổ quang của vỏ máy tính để điều khiển chế độ làm việc của bo mạch âm thanh Có thể nói bo mạch âm thanh này thuộc loại gần như hiện đại nhất trong thời điểm năm 2008 [Nguồn ảnh: Creative]

Một bo mạch âm thanh gắn ngoài sử dụng giao tiếp

USB 1.1 của Creative sẽ thuận tiện cho máy tính xách

tay [Nguồn ảnh: Creative]

Và bên phải ở đây là một hình ảnh về bo mạch âm thanh thiết kế nhỏ gọn cho các máy tính xách tay muốn mở rộng tính năng âm thanh thông qua USB

PHÂN LOẠI CÁC BO MẠCH ÂM THANH

• Kết nối với các bộ điều khiển game (joytick)

• Là thiết bị kết nối trung gian: (Cổng IEEE-1394)

Phân loại bo mạch âm thanh

Phân loại các bo mạch âm thanh có lẽ là điều không cần thiết lắm, tuy nhiên để có một cái nhìn tốt hơn về các kiểu, dạng loại bo mạch âm thanh mà tôi liệt kê chúng ra đây

Phân loại theo bus sử dụng:

• Sử dụng bus ISA: Là loại bo mạch âm thanh cổ điển nhất, sử dụng các bus ISA thông qua các khe cắm ISA trên máy tính

• Sử dụng bus PCI: Loại bo mạch âm thanh thông dụng hiện nay đang sử dụng, chúng sử dụng bus PCI thông qua các khe cắm PCI mở rộng trong máy tính

• Sử dụng bus USB: Sử dụng các cổng USB với các bo mạch âm thanh gắn ngoài vỏ máy tính, thường sử dụng đối với các máy tính xách tay

Phân loại bo mạch âm thanh số kênh đầu ra:

Cách phân loại này thông dụng hơn cách phân loại trên bởi nó phù hợp hơn đối với các loa

sử dụng với bo mạch âm thanh hơn

• Bo mạch âm thanh chỉ sử dụng với loa 2.0: Là loại thông dụng nhất trong các thời gian trước đây Loại này chỉ hỗ trợ duy nhất hai đầu ra tín hiệu, người sử dụng không dùng nó để khai thác các hệ thống loa sử dụng nhiều hơn hai kênh

• Bo mạch âm thanh sử dụng với loa X.1: Chỉ hỗ trợ đến tối đa X loa vệ tinh (X được hiểu là một số nào đó cụ thể tuỳ từng loại loa)

Phân loại bo mạch âm thanh theo dạng thức vật lý:

• Bo mạch âm thanh như một bo mạch mở rộng: Chúng giống như là các hình minh hoạ đầu tiên của entry này - có nghĩa rằng chúng có thể tháo rời khỏi bo mạch chủ

• Bo mạch âm thanh tích hợp trên bo mạch chủ (onboard): Hiện nay (2008) đa số các

bo mạch chủ đều được tích hợp sẵn các bo mạch âm thanh với chất lượng ngày càng cao Chính sự tích hợp này đã khiến cho nhiều người không còn cần bận tâm đến việc trang bị thêm các bo mạch âm thanh riêng biệt để nâng cao chất lượng chomình nữa Cũng có một số bo mạch chủ dù tích hợp sẵn các bo mạch âm thanh nhưng lại tách thành một phần riêng để tiết kiệm không gian, ở dạng này thì chúng nhìn gần giống như một bo mạch âm thanh mở rộng thông thường

CÁC KẾT NỐI VÀO-RA (I/O)

Các đường kết nối vào/ra (I/O) mặt sau của bo mạch âm thanh bao gồm các loại như sau:

Các kết nối vào-ra trên một bo mạch âm thanh

• Line in: Đường nối tín hiệu đầu vào cho bo mạch âm thanh, sử dụng phi muốn phốitrộn âm thanh (mix) hoặc ghi âm từ nguồn âm thanh của các bên ngoài (ti vi, radio, CD/DVD player )

• Speaker-out: Đường công suất cho loa hoặc các tai nghe (headphone) Trong một

số bo mạch âm thanh đường Speaker-out được tích hợp chung với đường line-out Nếu như bạn kết nối tín hiệu âm thanh ra một hệ loa máy tính hoặc amply cho hệ thống âm thanh dân dụng thì không nên kết nối với được Speaker-out bởi vì chúng

đã qua một mạch khuếch đại, chính sự khuếch đại công suất này làm giảm chất

lượng âm thanh (xem thêm giải thích ở phần thiết lập)

• Line out: Đường tín hiệu cho đầu ra cho loa (được gắn sẵn bộ khuếch đại công suất

âm thanh) hoặc các thiết bị âm thanh khác Đường line out có thể được sử dụng chung với nhiều đường khác nếu đầu ra cho các loại loa hỗ trợ X.1

1 Line out 1: Cho các tín hiệu đầu ra các loa phía trước (front)

2 Line out 2: Cho các tín hiệu đầu ra các loa phía sau (rear)

3 Line out 3: Cho tín hiệu đầu ra với loa giữa và loa trầm (center và subwoofer)

4 Line out 4: Thường dùng cho các loại loa 7.1

• Micro in : Sử dụng cho micro cắm vào bo mạch âm thanh

• Game/MIDI: Sử dụng cho các bộ điều khiển phục vụ chơi game (joystick) hoặc cácthiết bị có kết nối chơi nhạc MIDI (như các loại đàn organ)

Ngoài các đường kết nối mặt sau, trên bo mạch âm thanh rời hoặc tích hợp trên bo mạch chủ còn có thể có các cổng kết nối sau:

• AUX : Đường tín hiệu đầu vào bo mạch âm thanh: Thường sử dụng với một nguồn

âm thanh khác sẵn có trên máy tính, ví dụ bo mạch thu sóng ti vi/FM (khi sử dụng cần kết nối đầu ra audio với đường AUX hoặc Line in để phát âm thanh trên loa

• CD-in : kết nối với CD Out của ổ CD/DVD, thường là tín hiệu tương tự

• TAD : kết nối với các thiết bị truyền thông lắp trong, như modem lắp trong

• PC-SPK: kết nối với loa máy tính, thường có 2 chân cắm (chỉ có trong các bo mạch

âm thanh rất cũ, đa số các bo mạch chủ đều có đường âm thanh riêng cho các loa phát tín hiệu trong quá trình POST của máy tính)

• S/PDIF in hoặc out: dùng cho cáp quang hoặc cáp đồng trục

Hầu như các bo mạch âm thanh đều mã hoá các cổng vào-ra theo màu sắc để dễ nhận biết, hãy tham khảo bảng sau:

cổng

Pink Tín hiệu âm thanh tương tự đầu vào cho microphone 3.5 mm

TRS

Lime green Tín hiệu âm thanh kiểu tương tự cho đầu ra chính (loa trước 3.5 mm