Tài liệu Cạc âm thanh ppt

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 là
các 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 thái
sáng 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 chỉ
quan 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

âm nữa.
• Tần số lấy mẫu càng lớn thì sẽ cho âm thanh càng "chuẩn". Đúng như vậy đấy!.
Nếu tần số càng cao thì càng chuẩn, và điều này thì cũng như bạn đã học toán học
và biết các hàm tích phân, khi bạn cần tính diện tích một hình thù kì quặc nào đó
theo một hàm thì bạn càng băm nhỏ nó ra nhiều bao nhiêu thì kết quả sẽ càng chính
xác. Bạn có vẻ quen thuộc với cách nói "tập tin mp3 này là 128 Kbps, cái kia chất
lượng hơn ở 192 Kbps..." thì chính nó đã liên quan đến tần số lấy mẫu này đó -
càng lớn thì càng chuẩn, và nếu một tập tin âm thanh để phát khoảng 5 phút thì ở
đĩa CD audio (không nén) sẽ có dung lượng khoảng 50 MB.
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 rõ
hơn, 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 hình
ảnh 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 sử dụng bus ISA (là các bus chậm nhất, đã bị loại bỏ theo chuẩn PC99) [Nguồn ảnh:
Wikimedia commons]
Dưới đây là một bo mạch âm thanh cổ điển, được sản xuất năm 1990 bởi Ad Lib.

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).