# 11 — Zvuková soustava PC > [!abstract] O tématu > ==**Zvuková soustava**== zpracovává a přehrává zvuk. Jádrem je ==**zvuková karta (integrovaná nebo samostatná)**==, která převádí mezi **analogovým a digitálním zvukem**. > [!info] Maturitní otázka > **a)** Digitalizace zvuku · **b)** Popis zvukové karty · **c)** Formáty zvukových souborů · **d)** Parametry zvuku · **e)** Reproduktory, sluchátka a mikrofony --- ## a) Digitalizace zvuku ==**Digitalizace = převod analogového (spojitého) signálu na digitální (diskrétní)**==, obvykle do binární soustavy. ### Zvuk obecně - ==**Kmitání částic hmotného prostředí**== - Lidský sluch vnímá ==**20 Hz – 20 kHz**== - **infrazvuk** (<20 Hz) — sloni - **ultrazvuk** (>20 kHz) — netopýři - ==**Tón**== = hudební zvuk se stálou frekvencí (komorní **A = 440 Hz**) - skládá se ze **základní harmonické složky** (nosná) + **vyšších harmonických složek** (určují zabarvení tónu) ### Analogový vs digitální záznam | Analogový | Digitální | |---|---| | šum, zkreslení | kvalita ovlivněna **jen vstupem** | | omezený kmitočtový rozsah | další zpracování nemá vliv (kromě ztrátové komprese) | | ovlivněn všemi prvky systému | čím vyšší kvalita → ==**větší datový tok**== | ### Fáze digitalizace ==**1. Vzorkování (sampling)**== — převedení spojitého signálu na diskrétní hodnoty na **časové ose**. Vzorkovací frekvence: - **8 kHz** — telefonní hovor - ==**44,1 kHz**== — **CD kvalita** - **48 kHz** — DVD, profi audio - **96 / 192 kHz** — studio > [!info] Nyquistův teorém (Shannon, Kotělnikov) > ==**Vzorkovací frekvence musí být minimálně 2× vyšší než nejvyšší frekvence signálu**==. > Lidský sluch ~22 050 Hz → N = 2 × 22 050 = **44 100 vzorků/s** = ==**44,1 kHz (audio CD)**==. ==**2. Kvantování (kvantizace)**== — rozdělení vzorků do skupin na **amplitudové ose**. Čím více skupin, tím blíže originálu. **Bitová hloubka** (počet bitů na vzorek): - **8 bit** — 256 hodnot - ==**16 bit**== — 65 536 hodnot (**CD: 16 bit / 44,1 kHz**) - **24 bit** — studio - **32 bit** — 4,29 mld. hodnot, profi editing ==**3. Kódování (komprimace)**== — snaha o zmenšení výsledného souboru. ### A/D a D/A převod - ==**ADC**== (Analog-to-Digital Converter) — pro **vstup** (mikrofon) - ==**DAC**== (Digital-to-Analog Converter) — pro **výstup** (reproduktory) --- ## b) Popis zvukové karty ==**Zvuková karta**== zachytí zvukový signál (přes vstupní zařízení), ==**převede analogový signál na digitální**== (A/D) a naopak také ==**digitální na analogový**== (D/A) a pošle ho do výstupu. > [!note] Dříve vs dnes > Dříve běžný doplněk do PC. Dnes je ==**většina základních desek vybavena dostačující integrovanou ZK**== (často i prostorový **7.1**). Dedikované karty používají hlavně **studia, tvůrci videí** a lidé požadující velmi kvalitní zvuk. ### Hlavní komponenty - ==**DSP**== (Digital Signal Processor) — procesor pro zpracování zvuku - ==**DAC**== — digitální → analogový (výstup) - ==**ADC**== — analogový → digitální (vstup) - ==**Audio codec čip**== — řídí D/A a A/D převody (např. **Realtek ALC1220**) ### Typy zvukových karet a sběrnice - ==**Integrovaná**== (on-board) — přímo na základní desce - ==**Klasická (interní)**== — zapojuje se do slotu ==**PCIe**== (např. Sound Blaster) - ==**Externí**== — připojení přes ==**USB, Thunderbolt, Bluetooth, 3,5 mm jack**== (dnes nejpoužívanější) ### Konektory - ==**3,5 mm jack**== — sluchátka, mikrofon, line-in/out (5.1, 7.1 surround) - **HDMI / DisplayPort** — zvuk spolu s obrazem - **USB**, **Bluetooth** - ==**S/PDIF**== — **digitální výstup** (optický **TOSLINK** / koaxiální), používáno profesionály - **RCA konektory** — profesionálové --- ## c) Formáty zvukových souborů ### Bezeztrátové (lossless) | Formát | Vlastnosti | |---|---| | ==**WAV (WAVE)**== | nekomprimovaný, **velké soubory**, od **IBM a Microsoft** | | ==**FLAC**== | **bezztrátová komprese**, ~50 % velikosti WAV | | **AIFF** | obdoba WAV od **Apple** | | **AU** | pro Linux, standard pro **Java** | ### Ztrátové (lossy) ==**Komprese odstraní data, která lidský sluch nevnímá**==. Menší soubor, mírná ztráta kvality. | Formát | Vlastnosti | |---|---| | ==**MP3**== (MPEG Audio Layer 3) | nejrozšířenější, **bitrate 128–320 kbps**, komprese až ==**12:1**== | | ==**AAC**== | nástupce MP3, lepší při stejném bitrate (iTunes, YouTube) | | **OGG Vorbis** | open source alternativa MP3 | | **WMA** | Microsoft | > [!tip] Princip MP3 > Odstraní vyšší harmonické složky, které ucho nevnímá. Ponechá **základní harmonickou + několik vyšších harmonických**. Snížení kvality rozezná **1 ze 100 hudebníků**. ### Metody komprese zvuku - ==**PCM**== (Pulzně kódová modulace) — snížení kvantizace či vzorkovací frekvence - ==**ADPCM**== (adaptivní PCM) — zaznamenávají se **rozdíly mezi vzorky** - **AMR** — pro hlas, používáno u **GSM sítí** - ==**MP3**== — dnes nejčastější ### Bitrate (datový tok) - **96 kbps** — slabá kvalita - ==**128 kbps**== — minimum pro hudbu - ==**320 kbps**== — vysoká MP3 kvalita - **1411 kbps** — CD kvalita (WAV/FLAC) --- ## d) Parametry zvuku Kvalita zvuku závisí na: - ==**Frekvence vzorkování**== (Hz) — čím vyšší, tím lepší - ==**Bitová hloubka**== (bit) — čím vyšší, tím lepší - ==**Akustika místnosti**== - ==**Audio formát a kodek**== ### Parametry signálu - ==**Amplituda**== — určuje **hlasitost (výkon)** - ==**Frekvence**== — určuje **výšku tónu** - ==**Útlum**== — pokles signálu za určitou dobu ### Další parametry - ==**Bitrate**== (kbps) — datový tok souboru - ==**Počet kanálů**==: - **mono** (1) · **stereo** (2) - ==**5.1 surround**== (5 + subwoofer) - ==**7.1 surround**== (7 + subwoofer) - ==**Dynamický rozsah**== (dB) — rozdíl nejtišší/nejhlasitější - ==**SNR**== (Signal-to-Noise Ratio) — poměr signálu k šumu (vyšší = lepší) --- ## e) Reproduktory, sluchátka, mikrofony ### Výstupní zařízení — Reproduktory - ==**Konstrukce**==: ==**dynamický (cívka + membrána + magnet)**== — nejběžnější - ==**Aktivní**== — s vestavěným zesilovačem - ==**Pasivní**== — potřebují externí zesilovač - ==**Sety**==: stereo (2.0), 2.1 (+ subwoofer), 5.1, 7.1 (surround) - ==**Subwoofer**== — pro **basy** (<150 Hz) - Přímo **na základní desce** — často velmi nekvalitní ### Sluchátka - ==**Otevřená**== — přirozený zvuk, **uniká okolí** - ==**Zavřená**== — izolovaná, dobrá pro hlučné prostředí - ==**Špunty (in-ear)**==, ==**on-ear / over-ear**== - ==**ANC**== (Active Noise Cancellation) — aktivní potlačení hluku - Připojení: 3,5 mm jack, USB, ==**Bluetooth**== ### Vstupní zařízení — Mikrofony Nejčastěji mikrofony, někdy přímo **hudební nástroj**. - ==**Klasické**== samostatné - ==**Na sluchátkách**== (headset) - Přímo **na základní desce** — často velmi nekvalitní Podle konstrukce: - ==**Dynamický**== — odolný, vhodný pro hlasitý zvuk (koncerty, podcasty) - ==**Kondenzátorový**== — citlivý, studio kvalita, vyžaduje ==**phantom power 48 V**== ==**Směrová charakteristika**==: - ==**kardioida**== — přední polovina (podcast, vokál) - **všesměrový** — vše kolem - **osmička (figure-8)** — přední a zadní strana Připojení: 3,5 mm jack, ==**XLR**== (profi), USB ### Software - **Přehrávače**: Windows Media Player, VLC, Spotify - **Editace**: ==**Audacity**==, Adobe Audition, FL Studio --- ## Shrnutí > [!summary] Co si pamatovat > **a) Digitalizace:** sluch **20 Hz – 20 kHz**, fáze ==**vzorkování (44,1 kHz CD)**== + ==**kvantování (16 bit CD)**== + kódování. **Nyquist** = 2× max frekvence. ADC/DAC. Komorní A = 440 Hz. > **b) Zvuková karta:** A/D + D/A převod. ==DSP, DAC, ADC, codec==. Sběrnice ==**PCIe (interní) / USB, Thunderbolt, BT (externí)**==. Konektory 3,5 mm jack, S/PDIF, HDMI, RCA. > **c) Formáty:** ==**bezeztrátové (WAV, FLAC, AIFF, AU)**== vs ==**ztrátové (MP3 12:1, AAC, OGG, WMA)**==. Komprese PCM/ADPCM/AMR/MP3. > **d) Parametry:** ==frekvence vzorkování, bitová hloubka, akustika, kodek==; amplituda/frekvence/útlum; kanály (mono/stereo/5.1/7.1). > **e) Reprosystémy:** ==aktivní/pasivní==, surround. Sluchátka: otevřená/zavřená, in-ear, ANC. Mikrofony: ==**dynamický vs kondenzátorový**== (phantom 48 V), kardioida, **XLR**.