Что такое звуковые устройства и для чего они нужны?

Каждый из нас хоть раз использовал компьютер для прослушивания музыки, просмотра фильмов, не задумываясь, как получается звук. На этом сайте представлена информация, с помощью каких устройств происходит полноценная работа компьютера по обработке и воспроизведению звуков.

Звуковые устройства

Важнейшим компонентом компьютера является звуковая карта. Звуковая карта - это плата расширения или интегрированный чипсет (кодек) для создания звука на компьютере, который можно услышать через громкоговорители или наушники, или записи при помощи микрофона. К другим названиям относятся: звуковая плата, аудиоплата или аудиоустройство и другие, реже встречающиеся названия. Большинство звуковых карт имеют порты для подключения устройств ввода-вывода и других вспомогательных устройств. Но также существуют карты с большим количеством портов ввода и вывода, предназначенных для более продвинутых задач.

Устройство ввода - микрофон.
Устройства вывода:

• Наушники
• Колонки

История появления аудиоустройств

• Звуковых карт
• Колонок
• Наушников
• Микрофонов

Как появились звуковые карты?

В прошлом компьютеры могли производить сигналы, используя узкий диапазон частот, в качестве предупредительных сигналов. Поскольку IBM PC проектировался не как мультимедийная машина, а инструмент для решения научных и деловых задач, звуковая карта на нём не была предусмотрена и даже не запланирована. Единственный звук, который издавал компьютер, был звук встроенного динамика, сообщавший о неисправностях. (На компьютерах фирмы Apple звук присутствовал изначально.) Однако с ростом мультимедиа возникла потребность в высоком качестве звука по развлекательным и профессиональным причинам.

Звуковая плата Mockingboard V1. Компьютеры Apple II, 1981 год

В 1986 году в продажу поступило устройство фирмы Covox Inc. Оно присоединялось к принтерному порту IBM PC и позволяло воспроизводить монофонический цифровой звук. Пожалуй, Covox можно считать первой внешней звуковой платой. Covox был очень дёшев и прост по устройству и оставался популярным в течение 90-х годов. Появилось большое количество модификаций, в том числе — для воспроизведения стереофонического звучания.

Выпущенная в 1988 компанией Adlib звуковая карта с одноимённым называнием позволила получить более естественное звучание, чем Creative Music System, которую выпустили примерно в то же время. Введение звуковых карт Sound Blaster компанией Creative Labs значительно увеличили их возможности, позволив производить запись и воспроизведение цифрового аудио. Поэтому Sound Blaster можно назвать первой звуковой картой, сделавшей возможным использование цифрового аудио. Такое увеличение функциональности привело к мультимедийной эволюции компьютеров и созданных для них программ с поддержкой аудио. Качество звука продолжает развиваться в плане аппаратного и программного обеспечения.

С возрастанием мощности процессоров, постепенно стала отмирать шина ISA, на которой работали все предыдущие звуковые карты, и многие производители переключились на выпуск карты для шины PCI. В 1998 году компания Creative вновь делает широкий шаг в развитии звука и выпуском карты Sound Blaster Live!, устанавливает новый стандарт для IBM PC, который остаётся (в усовершенствованном виде) актуален и по сей день.

Звуковая плата Creative Labs Sound Blaster Live!

Современные аудиокарты могут порадовать выводом 3D объёмного звучания более высокого качества. Компьютерные программы и игры разрабатываются, чтобы в полной мере использовать их возможности и удовлетворять человеческие потребности.

Как появились колонки?

Первые прототипы колонок появились еще в далеком XIX веке. Связано это было, конечно, с одним из величайших открытий в истории человечества – открытием в 1831 году явления электромагнитной индукции, совершенным Майклом Фарадеем. Вскоре после этого изобретатели начали использовать электричество в своих исследованиях, и спустя три десятка лет был создан первый прототип телефона, использовавший такое устройство, как громкоговоритель для воспроизведения звука. Этот момент и считается рождением того, что к нынешнему времени стало динамиком.

После появления технологии для усиления звука колонки начали стремительно развиваться. Первое устройство, использовавшее усилитель вместе с динамическим излучателем, появилось в 1926 году – это была Radiola 104, позволявшая получать звук мощностью 1 Вт. Усовершенствовались колонки на протяжении всего XX века, а на 70-80-е годы пришелся период наиболее активного акустических систем. Несмотря на появление все новых технологий, общие принципы конструирования колонок практически не изменились – как в прошлом, так и сейчас они состоят из звукоизолированного корпуса, усилителя и динамического излучателя.

Radiola 104

Современный облик колонки обрели в середине 1950-х годов, когда в Америке была запатентована закрытая конструкция акустических устройств. Закрытость динамика от окружающего воздуха позволила не только существенно увеличить качество издаваемого колонкой звука, но и в разы уменьшить размеры устройства.

В середине 1970-х годов компания Yamaha совершила настоящий прорыв в производстве акустических систем – ею были выпущены первые колонки, в которых был использован экспериментальный по тем временам материал – бериллий. Сложность использования бериллия заключалась в том, что он очень хрупок и легко разрушался под нагрузкой в динамике. Изделия из него обладают самой высокой жесткостью, которая является одним из главных параметров мембраны динамика, от которой зависит непрерывность и чистота звука.

Yamaha NS 1000 monitor

В СССР, в отличие от стран Запада и Японии, развитие акустических систем высокого качества шло замедленными темпами. Когда как в последней колонки высшего класса, NS 1000 monitor, которые до сих пор считаются едва ли не лучшими акустическими устройствами за всю историю, появились в 1974 году, в нашей стране процесс активной разработки и производства Hi-Fi устройств только начался в конце 70-х годов. Советский технический гений смог создать колонки достаточного качества, чтобы отвечать всем международным требованиям.

Как появились наушники?

Идея наушников в 19 веке буквально витала в облаках. В 1875 году Александр Белл патентует телефон, изобретение быстро получает популярность. Возникает множество моделей аппаратов и аксессуаров для них. Одним из них стали наушники француза Эрнеста Меркадье (1891). Второй раз наушники потребовались миру вместе с появлением радио. В начале века американский инженер-электрик Натаниэль Болдуин 1910 — инженер Натаниэль Болдуин разрабатывает наушники, которые закупает ВМС США. В 1937 году появляются первые динамические наушники.

Все наушники до начала шестидесятых умели играть музыку только в моно. Во-первых, чаще всего они использовались летчиками и военными, во-вторых, сама музыка также была преимущественно в моно. Неудивительно, что когда к инженеру Джону Коссу пришел друг, которому необходимо было послушать бинауральную запись на магнитной пленке, они не смогли найти подходящие для этого наушники. Пришлось сделать свои. Модель Koss SP-3 совершила настоящую революцию и открыла миру персональное аудио.

Koss SP-3

Впоследствии в 1968 году Sennheiser выпускает первые открытые наушники HD 414, которые отличаются от предшествущих моделей удобством, так как соответствуют потребностям рядовых потребителей, а не военных лётчиков.

• 1979 — Sony выпускает плеер Walkman и наушники MDL-3L2, меняется представление о том, как и где можно слушать музыку
• 1979 — Amar Bose изобретает наушники с шумоподавлением
• 1995 — Van Halen изобретает прототип современных наушников-вкладышей
• 2005 — Bluetake выпускает первые беспроводные наушники i-PHONO BT420EX
• 2013 — AfterShokz выпускает первые беспроводные наушники с костной проводимостью

Наушники с костной проводимостью

Как появились микрофоны?

В 1665 году английский физик Роберт Гук создал самый примитивный «микрофон» из нитки и двух стаканчиков.1861 год — немецкий физик Йохан Филипп Райс изобрел звуковой передатчик. В нем закрепленная на мембране металлическая игла касалась второго контакта, замыкая цепь при вибрации от звуковых волн. Чуть позже американский изобретатель Илайша Грэй создал жидкостный передатчик. В нем диафрагма была прикреплена к подвижной игле, погруженной в кислотный раствор.

1878 год — Дэвид Эдвард Хьюз создал угольный микрофон. В нем графитовая пыль, зажатая между двух мембран, меняла сопротивление цепи под воздействием колебаний от звуковых волн. Хьюз также по-своему определил слово «микрофон»: на свой девайс он ставил банку с жуками, их шуршание усиливалось примитивным усилителем. Газеты писали, что микрофон работает со звуком так же, как микроскоп со светом.

1916 год — сотрудник Bell Laboratories изобретатель Е. С. Венте изобрел прототип конденсаторного микрофона. Новое устройство, как и старые, использовало две мембраны, но вместо графитовых гранул между ними была пустота. Таким образом получался конденсатор. Движущаяся мембрана за счет колебаний от звуковых волн меняла емкость конденсатора, а, значит, и напряжение проходящего через него электричества. Пока что это был лишь прототип. Первый по-настоящему коммерчески успешный конденсаторный микрофон Neumann CMV3 (прозванный бутылкой за свою форму) в 1928 году создал Георг Нойман, основатель одноименной компании. Конденсаторные микрофоны звучат очень чисто и широко применяются для записи вокала и акустических инструментов.

• 1924 год — немецкие ученые Вальтер Штотки и Эрвин Герлах изобрели прототип ленточного микрофона. (По сей день используются на студиях звукозаписи)
• 1931 год — компания Western Electric выпускает первый динамический микрофон.
• 1957 год — инженер Раймонд Литке получает патент на первый беспроводной микрофон.
• 1973 год — Neumann выпускает манекен головы с микрофонами для бинауральной записи KU80.
  Трудно представить, но до 60-х годов большинство записей делались в моно, и даже с появлением стереозаписи дело не менялось вплоть до 70-х. Когда же публика осознала достоинства стерео, возник интерес и к бинауральному аудио. Для его записи нужна искусственная голова с микрофонами в ушах, чтобы записываемый звук отражался от нее и вел себя в ушных раковинах так же, как это происходит со среднестатистическим человеком. Результат можно оценить только в наушниках, поэтому интерес к такому виду звукозаписи возник лишь в последнее время вместе с тем, как наушники стали способом прослушивания аудио номер один.
  

• 1983 год — Sennheiser изобретает первый петличный микрофон-клипсу MKE 40.
• 2002 год — появляется первый на рынке микрофон типа MEMS (микрофонная электромеханическая система). Это миниатюрные микрофоны размером с радиоэлемент на печатной плате.
• 2003 год — первый на рынке студийный цифровой микрофон Neumann Solution-D D-01. Cамостоятельно преобразует звук в цифровой сигнал, в результате — меньше паразитных шумов и более широкий динамический диапазон.
• 2016 год — Sennheiser выпускает микрофон для записи 360-градусного аудио в формате Ambisonic — Ambeo VR Mic.
  Появляются и похожие микрофоны от других производителей — Rode NT-SF, Zoom H3-VR и так далее. Они записывают аудио в четырех направлениях, то есть к обычному стерео прибавляются еще два канала по вертикали. Что еще интереснее, в комплекте к таким микрофонам идет плагин, позволяющий при обработке задавать направление звука — так же, как при съемке 360-градусных видео. Кроме того, одним кликом мыши можно задать любой формат аудио при постпродакшене от стерео до 9.1, что невероятно полезно для кино и игр, особенно в VR.