Средства ввода и вывода звуковой информации.

    Звук представляет собой волну, распространяющуюся в атмосфере, и воспринимаемую человеком с помощью органов слуха. Громкость звука – это его кажущаяся сила. Измеряется громкость в децибелах (дБ). Громкость обычного разговора около 50 дБ, шум на улице часто превышает 70 дБ, а громкость взлетающего самолета составляет 120 дБ. Порог чувствительности человеческого уха около 20 дБ.

    Для кодирования звуков следует использовать частоту вдвое большую, чем частота кодируемого звука. Так как человек воспринимает звуки в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц, то для качественного кодирования необходимо использовать частоту вдвое большую, чем 20000, то есть 40000 Гц. Принято иметь некоторый запас, поэтому для качественного кодирования звука используется частота дискретизации 44100 Гц и 48000 Гц.

    Если мы хотим записать стереозвук, то следует одновременно кодировать два независимых канала звука. При этом, чтобы получить хорошее качество, нужно использовать два байта для кодирования и частоту дискретизации 44100 Гц для каждого из каналов. Именно так кодируется звук на компакт-дисках. При этом одна минута закодированного звука займет более 10 Мб.

    За воспроизведение и запись звука в компьютерах отвечают специальные звуковые адаптеры. Звуковой адаптер содержит еще один специализированный процессор, тем самым освобождая основной процессор от функций по управлению воспроизведением звука. С помощью звукового адаптера можно записывать звуковую информацию, воспроизводить речь и музыку. Также современные звуковые платы позволяют производить обработку звука, монтаж музыкальных композиций.

    Исходная форма звукового сигнала - непрерывное изменение амплитуды во времени - представляется в цифровой форме с помощью перекрестной дискретизации по времени и по уровню. Одновременно с временной дискретизацией выполняется амплитудная - измерение мгновенных значений амплитуды и их представление в виде числовых величин. Полученный поток чисел (серии двоичных чисел) называют импульсно-кодовой модуляцией - PCM.

    Акустической системой (АС) называется громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Под «громкоговорителем» понимается «устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей, при наличии акустического оформления, электрических устройств (фильтры, трансформаторы, регуляторы и т.п.). В соответствии с определением Международного электротехнического словаря МЭК 50 (801) термин «громкоговоритель» может применяться как к «акустической системе», так и к одиночному громкоговорителю, который в отечественных стандартах называется «головкой громкоговорителя (ГГ)». Однако в технической литературе термин «громкоговоритель» обычно применяется к одиночным громкоговорителям, а многополосные системы, в зависимости от их назначения, называются «акустические системы», «звуковые колонки» и т.д.

    Излучатели, используемые в подавляющем большинстве АС, представляют собой электродинамические головки громкоговорителей (ГГ). В ряде АС применяются также электростатические, изодинамические и др. Такие АС в отечественной терминологии принято называть «АС с нетрадиционными излучателями».

    К устройствам вывода звука в современных ПК относят: колонки, наушники, динамики.

Колонки.

    Колонки – периферийное устройство вывода, которое служит для воспроизведения звука.

    В основном используется акустическая система, которая состоит их двух колонок, но существуют варианты с большим числом. Колонки различаются размерами, формой и мощностью. Колонки (или акустическая система) преобразуют электрический сигнал в звуковое давление. Акустическая система бывает широкополосной (один широкополосный излучатель, например, динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которых создаёт излучение в своей частотной полосе).

    Однополосная система не получила широкого распространения ввиду трудностей создания излучателя, одинаково хорошо воспроизводящего сигналы разных частот. Высокие интермодуляционные искажения при значительном ходе одного излучателя вызваны эффектом Доплера.

    В многополосных системах спектр слышимых человеком звуковых частот разбивается на несколько перекрываемых между собой диапазонов посредством фильтров (комбинации резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, или с помощью цифрового кроссовера). Каждый диапазон подаётся на свою динамическую головку, которая имеет наилучшие характеристики в этом диапазоне. 

    В выносных АС, как правило, используется  многополосный принцип построения, т.е. весь диапазон воспроизводимых частот разделяется на несколько частотных поддиапазонов, каждый из которых воспроизводится своим ГГ, который в зависимости от этого называется низко-, средне- или высокочастотным. В зарубежной литературе встречаются названия subwoofer — «супернизкочастотный» и supertweeter — «супервысокочастотный» ГГ. Под этими названиями обычно понимаются ГГ, эффективно воспроизводящие частоты соответственно ниже 25 Гц или выше 20 кГц. В АС высшей категории обычно используется три или четыре частотных поддиапазона; в массовых АС часто применяют одно- или двухполосный принцип построения. Это связано с тем, что применение одного широкополосного громкоговорителя не позволяет обеспечить равномерность АЧХ акустической мощности в полном диапазоне частот и снизить уровень интермодуляционных искажений. Таким образом, достигается наиболее высококачественное воспроизведение слышимых человеком звуковых частот (20—20 000 Гц).

    По конструктивному исполнению:

- 2-полосная схема (НЧ/СЧ + ВЧ динамик)

- 3-полосная схема (НЧ + СЧ + ВЧ динамик)

- 2,5-полосная схема (СЧ/НЧ-динамик озвучивает как низкочастотную, так и среднечастотную области; НЧ динамик лишь «помогает» первому на самых нижних регистрах, но не замещает его в этом диапазоне. Зачастую, в экономических целях, производителями применяются оба динамика одного типа, регулируя разделительную полосу фильтрами)

- 4-полосная схема

    Также колонки разделяют на: 

- активные (имеют встроенный усилитель, регулятор громкости и тембра, нужны дополнительные источники питания); 

- пассивные (малой мощности)..

Наушники.

    Наушники являются устройством для персонального прослушивания звуковой информации. 

    По количеству каналов

- стереофонические — сигналы на каждый громкоговоритель передаются по отдельным каналам (наиболее распространенный тип);

- монофонические — имеют два громкоговорителя (или телефонных капсюля) запитываемых общим сигналом, в редких случаях — один громкоговоритель, звук от которого передается как в стетофонендоскопе;

- с дополнительными каналами — имеют более одного громкоговорителя для каждого уха, что позволяет имитировать объемное звучание или разделять каналы по частотным характеристикам.

    По способу передачи звука наушники разделяют на: 

- проводные – соединены с источником с помощью провода, могут обеспечить звук максимального качества; 

- беспроводные – соединяются через беспроводной канал (bluetooth, радио- или инфракрасный). Такие устройства вывода звука мобильны, но имеют привязку к базе и ограниченный радиус действия. Обеспечивают более низкое качество звука, чем проводные. 

    По типу конструкции (виду) наушники делятся на: 

- вставные («вкладыши») – устанавливаются в ушную раковину; 

- канальные (внутриканальные, «затычки») – устанавливаются в ушной канал; 

- накладные – накладываются на ухо; полноразмерные (мониторные) – охватывают все ухо. 

    По акустическому оформлению наушники разделяют на: 

- наушники открытого типа – частично пропускают внешние звуки, при этом достигается более естественное звучание. Преимуществом использования является отсутствие давления на внутреннее ухо; наушники полуоткрытого типа – обеспечивают частичную звукоизоляцию; 

- наушники закрытого типа – обеспечивают полную звукоизоляцию.

    В наушниках используется один из трех типов соединительных разъемов: jack, mini jack или micro jack. Наушники могут крепиться на голове с помощью вертикальной дужки или с помощью затылочной дужки, на ушах с помощью заушины или клипс, или не иметь креплений (вставные или канальные наушники).

Динамик ПК.

    Динамик – является простейшим устройством вывода звука.

    До появления сравнительно дешевых звуковых плат динамик являлся основным устройством воспроизведения звука. Обеспечивает достаточно низкое качество и примитивность звуков. Динамик все же и сегодня остаётся штатным устройством ПК и в основном используется для подачи сигналов об ошибках, в частности при работе программы POST.

    Некоторые программы (Skype) всегда дублируют вызывной сигнал на динамик, но не выводят через него звук разговора — это бывает удобно, когда к звуковой плате подключены наушники.

Микрофон.

    Микрофон (от греч. μικρоς — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в электрический сигнал.

    Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

    Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).