A PC vagyis a személyi számítógép



Hasonló dokumentumok
Analóg digitális átalakítók ELEKTRONIKA_2

1. A hang, mint akusztikus jel

A digitális jelek időben és értékben elkülönülő, diszkrét mintákból állnak. Ezek a jelek diszkrét értékűek és idejűek.

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

2. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás

Analóg-digitális átalakítás. Rencz Márta/ Ress S. Elektronikus Eszközök Tanszék

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW előadás

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW 7.1

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

Az Informatika Elméleti Alapjai

Informatika Rendszerek Alapjai

Hullámok, hanghullámok

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

2. Elméleti összefoglaló

2. Az emberi hallásról

Informatikai eszközök fizikai alapjai Lovász Béla

Iványi László ARM programozás. Szabó Béla 6. Óra ADC és DAC elmélete és használata

Orvosi Fizika és Statisztika

Mintavételezés és AD átalakítók

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

A mintavételezéses mérések alapjai

16. Tétel. Hangkártya szabványok. Hangállományok tömörítése, szabványok, kódolási módszerek Az MPEG Audio. Egyéb állományformátumok (PCM, WMA, OGG).

Audiofrekvenciás jel továbbítása optikai úton

Digitális jelfeldolgozás

Mérés és adatgyűjtés

Hang és fény (Akusztika, fénytechnika)

3.18. DIGITÁLIS JELFELDOLGOZÁS

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

A digitális analóg és az analóg digitális átalakító áramkör

Számítógépes Grafika SZIE YMÉK

Digitális jelfeldolgozás

Digitális hangtechnika. Segédlet a Kommunikáció-akusztika tanulásához

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

Az összetett munkához szükséges eszközkészlet kiválasztása és a digitalizáló eszközök megismerése

Akusztikus MEMS szenzor vizsgálata. Sós Bence JB2BP7

Mintavételezés: Kvantálás:

GPGPU. Hangfeldolgozás és hangszintézis

2.3. Soros adatkommunikációs rendszerek CAN (Harmadik rész alapfogalmak II.)

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

A/D és D/A átalakítók gyakorlat

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 15%.

Rezgések és hullámok

Analóg-digitál átalakítók (A/D konverterek)

Beszédinformációs rendszerek 5. gyakorlat Mintavételezés, kvantálás, beszédkódolás. Csapó Tamás Gábor

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

A PC vagyis a személyi számítógép

A hang mint mechanikai hullám

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 15%.

Jelátalakítás és kódolás

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 6. A MINTAVÉTELI TÖRVÉNY

Hang, hangmagasság. Hangelfedés A hallásküszöb függ az egy időben hallott hangoktól. Ez a hangelfedés jelensége.

Jel, adat, információ

DIGITÁLIS KOMMUNIKÁCIÓ Oktató áramkörök

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Kétcsatornás tömörített és tömörítetlen digitális hangjelek minőségi vizsgálata

Értékelés Összesen: 100 pont 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 35%.

π π A vivőhullám jelalakja (2. ábra) A vivőhullám periódusideje T amplitudója A az impulzus szélessége szögfokban 2p. 2p [ ]

ANTAL Margit. Sapientia - Erdélyi Magyar Tudományegyetem. Jelfeldolgozás. ANTAL Margit. Adminisztratív. Bevezetés. Matematikai alapismeretek.

Digitális Fourier-analizátorok (DFT - FFT)

Hallás időállandói. Következmények: 20Hz alatti hang nem hallható 12Hz kattanás felismerhető

Zaj,- rezgés és sugárzásvédelem NGB_KM015_ tanév tavasz 2. előadás. Bedő Anett egyetemi tanársegéd SZE, AHJK Környezetmérnöki tanszék

Mintavételezés tanulmányozása. AD - konverzió. Soros kommunikáció

Ellenőrző kérdések a Jelanalízis és Jelfeldolgozás témakörökhöz

A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Irányítástechnika GÁSPÁR PÉTER. Prof. BOKOR JÓZSEF útmutatásai alapján

Zaj és rezgésvédelem tanév tavasz 2. előadás. Bedő Anett egyetemi tanársegéd SZE, AHJK Környezetmérnöki tanszék

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

Mérés 3 - Ellenörzö mérés - 5. Alakítsunk A-t meg D-t oda-vissza (A/D, D/A átlakító)

Informatika érettségi vizsga

Mérés és adatgyűjtés

A PC vagyis a személyi számítógép

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

Jelkondicionálás. Elvezetés. a bioelektromos jelek kis amplitúdójúak. extracelluláris spike: néhányszor 10 uv. EEG hajas fejbőrről: max 50 uv

M Kérdés A tanári szemléltetés része a tanulási környezetnek. Kép

Digitális mérőműszerek. Kaltenecker Zsolt Hiradástechnikai Villamosmérnök Szinusz Hullám Bt.

A számítógépek felépítése. A számítógép felépítése

1. Digitális írástudás: a kőtáblától a számítógépig 2. Szedjük szét a számítógépet 1. örök 3. Szedjük szét a számítógépet 2.

AKUSZTIKAI ALAPOK. HANG. ELEKTROAKUSZ- TIKAI ÁTALAKITÓK.

Elektromos nagybıgı megvalósítása DSP-vel

Környezetvédelem műszaki alapjai. alapjai, akusztika

1 A HANG, A HANGRENDSZER

Alapismeretek. Tanmenet

Kommunikációs hálózatok 2 Analóg és digitális beszédátvitel

RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNYEK INFORMATIKÁBÓL

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

SC Surround Sound Card (714DX 7.1 SOUND EXPERT)... A 7.1 hangszórók bekötése. 2

Zh1 - tételsor ELEKTRONIKA_2

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Szent István Egyetem Fizika és folyamatirányítási Tanszék FIZIKA. rezgések egydimenziós hullám hangok fizikája. Dr. Seres István

Qosmio: A hallható különbség

Jelfeldolgozás a közlekedésben. 2017/2018 II. félév. Analóg-digitális átalakítás ADC, DAC

1. előadás. Lineáris algebra numerikus módszerei. Hibaszámítás Számábrázolás Kerekítés, levágás Klasszikus hibaanalízis Abszolút hiba Relatív hiba

1.1 Számítógéppel irányított rendszerek

Az Ohm törvény. Ellenállás karakterisztikája. A feszültség és az áramerősség egymással egyenesen arányos, tehát hányadosuk állandó.

Alapismeretek. Tanmenet

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Távközlő rendszerek áttekintése

Átírás:

ismerd meg! A PC vagyis a személyi számítógép XX. rész A hangkártya 1. Bevezetés A hangkártya (sound-card) egy bõvítõ kártya, amely az alaplapon elhelyezkedõ hangszóró gyenge hangminõségét küszöböli ki. Elsõsorban a játékoknál okozott gondot az a programozási eljárás, amelynek révén azt akarták elérni, hogy az alaplap hangszórója élvezhetõ zenét szólaltasson meg, ugyanis ennek a membránját digitális áramkörrel csak kilökni és visszahúzni lehet. Jelenleg egyes alaplapbokba már eleve beépítik a hangkártya alapvetõ áramköreit, viszont a hangkártyák hangvisszaadási minõsége rendszerint meghaladja az ilyen típusú alaplap hangáramkörei által biztosítottat. A hangkártyák kelléke a sztereó hangvisszaadás számára szükséges két hangszóró, valamint a hangfelvétel számára a mikrofon. Hangvisszaadásnál hangszórók helyett fejhallgatót is lehet használni. A hangkártyák valamint a háromdimenziós grafikus gyorsítók alkalmassá tették a személyi számítógépeket multimédia alkalmazások számára is. ultimédia () alatt olyan többcsatornás információátvitelt értünk, amely több érzékszerv, rendszerint a hallás és a látás egyidejû használata révén biztosítja komplex információs anyagok interaktív bemutatását, tanulmányozását és nem utolsó sorban szerkesztését is. A multimédia az egyéni tanulás segítésére kifejlesztett eddigi leghatékonyabb módszer. Lehetõvé teszi az elsajátítandó ismeretanyag egyes részleteinek tetszés szerinti ismétlését, újrajátszását és az érzékszervek egyidejû használata révén nagyon hatékony megértését és memorizálását. A játékok is többnyire multimédiás gépet igényelnek. A multimédiás számítógépet CD lejátszóval is fel kell szerelni, mert az ilyen típusú programok nagy tárolási igényük miatt szinte kizárólag CD-RO-on jelennek meg. 2. A hang és az analóg jelek digitalizálása A hallható hang alatt egy rezgõ testnek, az ún. hangforrásnak rugalmas közegben terjedõ rezgéseit és hullámait értjük, amely az emberi füllel érzékelhetõ, vagyis hangérzetet kelt. A rezgések és a hullámok leírásának legegyszerûbb módja a szinuszfüggvény: ez egyetlen, állandó frekvenciájú és amplitúdójú, úgynevezett tiszta- vagy szinuszhangnak felel meg. Ez azonban ritka, a természetben elõforduló hangok, köztük a zenei hangok is összetettek, sok különbözõ frekvenciájú és amplitúdójú tisztahangból állnak. A tipikus zenei hangok magasságukkal és erõsségükkel jellemezhetõk. A hang magasságát a hangforrás idõegységbeni rezgéseinek száma, vagyis a frekvenciája határozza meg, tehát mértékegysége a Hertz (Hz). Az embernél a hang hallhatóságának alsó határa 2 Hz, felsõ határa pedig 2 Hz. Az ennél kisebb frekvenciájú rezgéseket infrahangoknak, a nagyobb frekvenciájúakat pedig ultrahangoknak nevezzük. A hang erõssége a rezgés amplitúdójától függ. Az emberi fül érzékenysége a hangrezgés frekvenciájával és az életkorral is változik, nagyobb frekvenciáknál és az életkorral is csökken. Az 1 Hz körüli hangrezgésekre vagyunk a legérzékenyebbek. 22-23/3 91

A hangerõsséget nem lineárisan, hanem logaritmikusan érzékeljük (Weber-Fechner féle pszichofizikai törvény), vagyis a hallható hangerõ változás valójában hatványozott hangnyomás változással jár. A hangerõsség mértékegysége a decibel (db). Az akusztikában és a híradástechnikában a mennyiségek összehasonlítására használt logaritmikus mértékegység a bel (B), ill. ennek tizedrésze a decibel (db). Két teljesítmény jellegû mennyiség bel-ben kifejezett viszonya a hányadosuk 1-es alapú logaritmusa, nem teljesítmény jellegûeknél (pl. hangnyomás) a logaritmus kétszerese. Így az I hangintenzitásnak megfelelõ n hangerõsségszint: I I n I = 1 lg amelyben I a hallásküszöbnek megfelelõ hangintenzitás. A db-es érték az 1kHz frekvenciájú szinuszhang intenzitása, amelyet egy egészséges dobhártya éppen, hogy meghall. A 13 db a tûrõképesség határa, az e fölötti folyamatos hang halált okozhat. A hangrezgéseket a mikrofon alakítja át elektromos jellé. Jel alatt általában egy bizonyos fizikai mennyiség, vagy állapothatározó olyan megváltozását értjük, amely információ szerzésére, továbbítására, vagy tárolására alkalmas. A mikrofon által szolgáltatott elektromos jel analóg típusú jel. Az elektronikus áramkörökben analóg- és digitális jelekkel találkozunk (1. ábra). Az analóg jel fogalma a folytonos változáshoz kötõdik, vagyis bármely idõpontban az analóg jel végtelen kis lépésekben változtatható. Az analóg jellel ellentétben, a digitális jel csak meghatározott nagyságú lépésekben változtatható, mert ezt különálló jelszintek jellemzik. inden egyes jelszintnek, pontosabban jelszinttartománynak egy számjegy felel meg (digit számjegy), innen származik az elnevezése is. A jelszintek közötti értékek nem értelmezettek, ezért a digitális jel az egyik értékbõl a másikba nagyon gyorsan vált át. I [ db] 1. ábra Tipikus analóg- (a) és digitális jel (b) Az elektronikus áramkörök a jelek információtartalmát azok feldolgozása révén teszik hasznossá. Az analóg jeleket feldolgozó áramköröket analóg áramköröknek nevezik, míg a digitális jeleket feldolgozó áramköröket digitális áramköröknek. A digitális jelfeldolgozás több szempontból elõnyösebb az analóg jelfeldolgozásnál. Az analóg jeleket digitális személyi számítógéppel csak úgy dolgozhatjuk fel, ha elõször digitálissá alakítjuk át. Ezt a folyamatot digitalizálásnak nevezzük. A digitalizálás elsõ lépésében az analóg jelbõl meghatározott, szabályos idõközönként mintát veszünk. Ez az ún. mintavételezési eljárás (sampling), amelynek eredményeképpen a folytonos változású jel mintavételi idõpontokban levõ értékeit kapjuk. Gyakorlatilag egy amplitúdó által modulált impulzussorozatot kapunk, vagyis minden egyes impulzus amplitúdóját az analóg jel mintavételzési pillanatban levõ értéke határozza meg (2a. ábra). 92 22-23/3

2. ábra Analóg jel digitalizálása és visszállítása a) mintavételezés b) analóg-digitális átalakítás c) impulzuskód modulálás (PC) d) analóg jel visszaállítása 22-23/3 93

A mintavételezett jel információtartalma bizonyos feltétel mellett megegyezik az eredeti, idõben folytonos analóg jel információtartalmával. Ezt a feltételt a Shannon-féle mintavételi tétel tartalmazza: a mintavételezett jelbõl akkor állítható vissza információveszteség nélkül az eredeti analóg jel, ha az f mintavételi frekvencia (Sampling Rate Frequency) legalább kétszerese az analóg jelben elõforduló legmagasabb frekvenciának: f 2 f max -et Nyquist-frekvenciának nevezik. Így például 44 khz-es mintavételezéssél 22 khz-ig f terjedõ jelek állíthatók vissza. A mintavételi tétel szabályát fontos betartani, ugyanis ha a mintavételi frekvencia nem elég nagy, akkor az impulzussorozatból visszaállított analóg jelben ún. gyûrõdési torzítások keletkeznek (aliasing). A mintavételi periódus: T A digitalizálási folyamat következõ lépésében a mintavételezés után kapott analóg jelértékeket egy analóg-digitális átalakítóval digitális értékekké alakítjuk át. Az analógdigitális átalakító egy olyan N egész számot állít elõ, amely a bemenetére kapcsolt V analóg jellel egyenesen arányos: V N = V amelyben N a V V hányadoshoz legközelebb álló egész szám (a szögletes zárójel a kerekítési mûveletet jelenti), és V a legkisebb helyiértékû bitnek (LSB Last Significant Bit) megfelelõ feszültség (N=1-hez tartozó feszültségszint). Egy ideális 4-bites analóg-digitális átalakító átviteli jelleggörbéjét a 3. ábra mutatja be. ivel N véges számú bittel kifejezett szám, ezért átalakításnál az ε = V N V hibafeszültség keletkezik. Ezt kvantálási hibának nevezik, amely egy ideális analóg-digitális átalakító esetében a [ 1 2 V, + 1 2 V ) intervallumon belül található (2b. ábra). Az átalakító felbontóképességével V csökken és ezáltal a kvantálási hiba is csökken. Így például, egy 8 bites analóg-digitális átalakítóval 256 féle amplitúdó 3. ábra értéket áll módunkban Ideális 4-bites analóg-digitális átalakító átviteli jelleggörbéje megkülönböztetni, míg egy 16 bites átalakító esetében ez a szám 65536-ra növekszik. Ha mindkét átalakító azonos bemeneti feszültségtartománnyal rendelkezik, akkor a 16-bites átalakítónál a legkisebb helyiértékû bitnek megfelelõ V feszültség 256-szor = f 1 f max 94 22-23/3

kisebb mint a 8-bitesnél, így a kvantálási hiba is 256-szor kisebb lesz. Ha az átalakító bemeneti jele nemcsak pozitív polaritású lehet, hanem negatív is, akkor N-et rendszerint egy kettes komplemensû szám ábrázolja. A valós átalakítók átviteli jellgörbéje eltér az ideálistól, ezért a kvantálási hiba az eltérés mértékétõl függõen nagyobb. A digitális jelértékekbõl impulzuskód modulálással (PC Pulse Code odulation) egy impulzussorozatot kapunk (2c. ábra). inden egyes mintavételi pont jelértékének egy rövidebb impulzussorozat felel meg. Az 1. táblázatban látható példa a 4- bites kettes komplemensû adatok impulzuskód modulálását mutatja be. A digitális jelértékeket képviselõ adatokat soros formátumban küldik ki, elsõnek a legnagyobb helyiértékû bitet utoljára pedig a legkisebb helyiértékût. Az impulzus jelenléte 1-est, míg az impulzushiány -át képvisel. A hang hangszóró vagy fejhallgató közvetítésével jut el a fülünkbe. 1. táblázat Impulzuskód modulált (PC Pulse Code odulation) jel 4-bites kettes komplemensû számok esetében Ezeket gyûjtõ fogalommal hangsugárzóknak nevezzük, amelyeknek a membránját egy állandó mágneses térben mozgó, ún. lengõtekercs hozza rezgésbe. A rezgés frekvenciáját és amplitúdóját a hangsugárzó bemenetére kapcsolt analóg hangjel határozza meg. Ezért, ha a digitalizált hangjelet hallhatóvá szeretnénk tenni, akkor egy digitális-analóg átalakítóval analóggá kell átalakítani. A digitális-analóg átalakító kimenõ feszültsége egyenesen arányos a bemenetére juttatott digitális értékkel. A mintavételi pontok jelértékeit képviselõ számokat ugyanabban az ütemben kell az átalakító bemenetére helyezni, mint amilyen az eredeti mintavételezésnél volt. Az átalakító kimenõ feszültsége két ütemjel között állandó marad, és mintavételi pontnak megfelelõ bináris számmal arányos. Ezért az átalakított jel lépcsõzetes jellegû (2c. ábra), amelyet egy aluláteresztõ szûrõvel csökkenteni lehet, gyakorlatilag meg is lehet szüntetni. Az aluláteresztõ szûrõvel a jel azon magasfrekvenciás felharmonikusait vágjuk le, amelyek a lépcsõfokszerû hirtelen ugrásokért felelõsek. Irodalom 1] Abonyi Zs. PC hardver kézikönyv; Computer Books, Budapest, 1996 2] Benz, F. Rádiótechnika (erõsítés, vétel, adás); ûszaki Könyvkiadó, Budapest 3] Brown, G. How Sound Cards Work; http://www.howstuffworks.com/sound-card.htm 4] Budai A. (vezetõ tanár) ultimédiás PC felépítése, részegységek, szabványok. Hangkártyák; Gábor Dénes Fõiskola, Budapest; http://www.gdf-ri.hu/targy/ikroszg/diploma 5] Karbo,. B. A guide to sound cards and digital sound; http://www.karbosguide.com/hardware 6] arkó I. PC Hardver; Gábor Dénes Fõiskola, Budapest, 2 7] iklóssy D. Prezentációs oktatási segédanyag kidolgozása a PC perifériák és mûködésük bemutatására; agyar Elektronikus Könyvtár; http://www.mek.iif.hu 8] *** Pulse-Code odulation; http://www.tpub.com 22-23/3 95