Всё о встроенном звуке. Современные звуковые кодеки: описание, тесты, особенности моделей различных производителей

Макс Курмаз, 

Обзор современных потребительских звуковых решений стандарта AC’97. Особенности выбора материнской платы со встроенным звуком.

Первые персональные компьютеры не имели звуковых возможностей. Да, у них были небольшие «пищалки», управляемые сигналами таймера, которые могли издавать звуковые сигналы заданной тональности. Они еще подходили для целей диагностики, но не более. А первые звуковые карты были достаточно дорогостоящими устройствами, не доступными рядовому пользователю ПК.

Росла вычислительная мощность процессоров, улучшались характеристики видеоподсистемы,  росла емкость дисковой памяти. Звуковые возможности постепенно стали требоваться каждому персональному компьютеру — для игр, прослушивания музыки, звуковой поддержки интерфейса операционной системы. Возникла необходимость разработки максимально простой и недорогой звуковой подсистемы, которую можно было бы интегрировать в материнские платы.

Что такое AC’97

Большинство современных потребительских звуковых решений строится согласно стандарту AC’97, разработанному корпорацией Intel. Он предусматривает разделение звукового контроллера на две независимые части — цифровой контроллер (DC’97) и аналоговый кодек (AC’97), связанные между собой цифровым последовательным каналом AC-Link. Функции цифрового контроллера строго не регламентируются. Он может содержать универсальный или специализированный DSP-процессор для обработки звука, табличный волновой синтезатор, модуль поддержки DOS-звука, кодер и декодер Dolby и DTS и т.п. А может быть и простым хост-контроллером, отвечающим только за обмен данными между системной шиной и кодеком. Именно последний вариант хорошо подходит для интеграции, так как требует минимум аппаратных затрат.

ac97-diagram_250.gif

Функциональная схема AC’97.

Кодек AC’97 — это небольшой чип (4х4 см, корпус TSOP, 48 выводов), который отвечает за преобразование звука в аналоговую форму при выводе и в цифровую — при вводе. Спецификация AC’97, последняя версия которой — 2.3, описывает электрические, механические, функциональные параметры кодека. Функциональная схема представлена на рисунке. Согласно ей, современный AC’97-кодек должен:
  • содержать 16-разрядные ЦАП и АПЦ, аналоговый микшер;
  • иметь до четырех линейных стерео входов и до двух моно входов;
  • иметь один или два микрофонных входа с возможностью усиления (+20 дБ);
  • иметь один линейный стерео выход;
  • иметь дополнительные линейные выходы — для наушников, 4- и 6-канальной акустики;
  • иметь расширенные возможности управления питанием.

Необязательные требования к кодекам включают:
  • увеличение разрядности ЦАП и АЦП до 18 или 20 бит;
  • аппаратное преобразование частоты дискретизации;
  • управление громкостью (не уровнем) и тембром (отдельная настройка низких и высоких частот);
  • расширение стереобазы (3D Enhancement);
  • отдельный вход для записи голоса;
  • наличие трасмиттера для цифрового интерфейса S/PDIF, поддержка независимого вывода S/PDIF (требование спецификации 2.2);
  • определение типа подключенного к каждому входу или выходу устройства по его сопротивлению (требование спецификации 2.3).

Перечисленные необязательные требования могут быть реализованы программно, на уровне драйверов AC’97-звука. Так, кодеки, обрабатывающие данные только с фиксированной частотой дискретизации требуют, чтобы преобразования выполнялись на стороне хоста. То же самое касается эквалайзеров, разрядности данных (18- и 20-разрядный звук), расширения стереобазы.

Таким образом, от самого аудиокодека зависят такие параметры звука, как соотношение «сигнал/шум», уровень сигнала на выходе, нелинейные искажения, передача различных частот, поддержка нескольких аналоговых и цифровых входов и выходов. Различные звуковые эффекты (позиционирование, реверберация), поддержка нескольких потоков, соответствие требованиям различных API, работа с MIDI, общая устойчивость работы зависят от возможностей цифрового контроллера и его драйверов.

Особенности встроенного звука

Большинство интегрированных звуковых решений, встречающихся на современных материнских платах, состоят из встроенного в южный мост чипсета хост-контроллера и расположенного на плате аудиокодека. Размещение кодека или нескольких кодеков на специальной плате — райзере AMR (или более функциональных его разновидностях — CNR, ACR) тоже возможно, однако это решение не стало популярным, и потому слоты райзеров постепенно исчезают с материнских плат. Причина заключается в том, что встроенный звук имеется у каждой платы, а реализация с помощью райзера модема или сетевой карты получается не настолько дешевой, насколько малофункциональной и недостаточно качественной.

Хост-контроллер чипсета удовлетворяет спецификации AC’97 2.2 или 2.3, поддерживает двух- или многоканальные кодеки, а также независимую выдачу отдельного цифрового потока в формате PCM, AC-3, DTS и т.д. для интерфейса S/PDIF. Функции обработки звука зачастую целиком возлагаются на драйверы, которые пишут и разработчики чипсетов, и разработчики кодеков (у последних это получается лучше). Некоторые драйверы поддерживают и позиционируемый 3D-звук, и имитацию звуковой среды, и многополосный эквалайзер — мощности современных процессоров позволяют это. Иногда встроенный в чипсет контроллер аппаратно реализует поддержку DirectSound, табличного синтеза MIDI, а также позиционируемый звук, аппаратное кодирование звука в формат AC-3 (чипсеты NVIDIA).

Современные звуковые кодеки поддерживают практически все не только обязательные, но и опциональные требования. Нормой стало наличие трасмиттера S/PDIF для подключения цифровой акустики или других устройств с цифровым входом, встроенного усилителя, который активируется при подключении наушников. Есть кодеки с поддержкой многоканальной акустики, с 20-разрядными ЦАП и АЦП. Существенно улучшилось качество работы кодеков, производители плат научились грамотно проектировать обвязку, уменьшая тем самым наводки. Полностью аппаратные решения  для шины PCI встречаются все реже и реже, так как они заметно дороже, а существенных преимуществ уже не имеют.

На сегодня встроенный звук уже практически избавился от таких типичных проблем, как повышенная шумность, искажения и наводки, низкий выходной уровень. Исчезли проблемы с поддержкой игр, недостаточной стабильностью, пропаданием звука при разгоне. Тем не менее, не все хорошо с воспроизведением низких и высоких частот, по-прежнему не всегда работает MIDI, часто отсутствуют какие-либо настройки, нет поддержки DOS (или она ограничена). У одних кодеков качество звучания и поддержка различных API лучше, у других — хуже, но производители материнских плат практически никогда не указывают, какие кодеки они используют. В этой статье можно рассказать об особенностях кодеков различных производителей, но привести перечень всех материнских плат с указанием, какой кодек установлен на каждой, невозможно по понятным причинам. Поэтому если вы планируете пользоваться встроенным звуком, обращайтесь к обзорам материнских плат.

Распространенные модели AC’97-кодеков

Год назад на материнских платах  устанавливались в основном кодеки Analog Devices и SigmaTel. Они были реализованы лучше аналогов — имели более высокое качество звука, хорошие драйверы, часто использовались и для дорогостоящих звуковых карт. Более дешевые кодеки Avance Logic и Cirrus Logic/Crystal встречались реже, в основном на дешевых моделях материнских плат. Однако из-за того, что разработчики кодеков не заметили, как возросли требования к функциональности встроенного звука, и не успели подготовить новые модели, быстро приобрел популярность дешевый звуковой контроллер CMedia CMI8738.

CMI8738.jpg

cmi87381

cmi87382

АЧХ

Шум

cmi87383

cmi87384

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

cmi87385

cmi87386

Интермодуляционные искажения

 Взаимопроникновение каналов

Да, он не соответствует принципам AC’97 и не дает качественного звука, но поддерживает 3D-позиционирование, шестиканальную акустику, цифровой выход и вход, переменную частоту дискретизации. Этот чип стал появляться на платах не только производителей дешевых плат (EliteGroup, Chaintech), но и на платах ASUS. Однако его время прошло, и сегодня наиболее популярным производителем кодеков является небезызвестная фирма Realtek.

Наиболее важные параметры аудиокодеков сведены в одну таблицу. При описании моделей аудиокодеков будут использоваться результаты тестирования встроенного звука с помощью программы Rightmark Audio Analyzer. Прогоняя тестовые образцы звука через линейный выход и записывая его на линейном входе (вход и выход соединены), программа сравнивает полученный результат с эталоном и вычисляет параметры звукового решения. Таким образом, можно получить достаточно объективную оценку качества звука, не прибегая к прослушиванию музыкальных композиций на качественной акустике и другим видам экспертной оценки.

Realtek/Avance Logic (сайт, драйверы)

Тайваньская фирма Realtek известна как производитель дешевых сетевых контроллеров и тактовых генераторов. Кодеки ALC, разработанные ее подразделением, Avance Logic, широко используют все производители материнских плат. Сегодня они встречаются на 90% моделей, хотя год назад из хорошо известных производителей только ABIT регулярно пользовался кодеками ALC. Очевидно, что причина этого — улучшение соотношения «цена/качество» этих кодеков.

Старые модели кодеков Realtek, ALC100 и его модификация со встроенным усилителем ALC101, работают только с фиксированной частотой дискретизации — 48 КГц, поэтому при воспроизведении звука со стандартной дискретизацией 44 КГц появляется много дополнительных гармоник, что делает звук менее чистым. Кроме того, они не отличаются низким уровнем шума (-65 дБ) и широким динамическим диапазоном (65-68 дБ). Их использование на современных платах ограничено, встречаются они только на самых дешевых из них.

ALC100.jpg

acl1001

acl1002

АЧХ

Шум

acl1003

acl1004

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

acl1005

acl1006

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

На современных материнских платах чаще всего устанавливаются кодеки ALС201A (двухканальный) и ALC650 (шестиканальный). Первый слабовато воспроизводит низкие (<50 Гц) частоты, имеет волнообразную АЧХ в области высоких частот, зато обладает хорошими шумовыми характеристиками (шум -75-80 дБ, динамический диапазон 75-85 дБ), практически не подвержен нелинейным искажениям при всех частотах дискретизации, поддерживает усиление сигнала для наушников, цифровой выход S/PDIF, имеет хороший линейный вход.

ALC201A.jpg

alc201a1

alc201a2

АЧХ

Шум

alc201a3

alc201a4

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

alc201a5

alc201a6

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

Кодек ACL650 по сравнению с предшественником имеет лучшую АЧХ в области низких частот, меньший уровень шума, а последняя его версия поддерживает цифровой вход. Тем не менее, заявленная у него поддержка шести каналов реализована некорректно. Тыловые и центральный/сабвуферный каналы при воспроизведении обычного стереосигнала не работают. Они воспроизводят звук либо при включении режима имитации звуковой среды, либо при позиционировании звука в пространстве. Будем надеяться, что эту ошибку скоро исправят.

ALC650.jpg

alc6501

alc6502

АЧХ

Шум

alc6503

alc6504

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

alc6505

alc6506

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

В остальном драйверы Realtek не вызывают нареканий. В них реализованы: многополосный эквалайзер, режим караоке, поддержка звуковых сред. Для кодека ALC650 есть возможность ручного и автоматического переключения разъемов линейного и микрофонного входов на тыловые и центральный/сабвуферный выходы.

Analog Devices (сайт, драйверы: не доступны)

Эта известная американская фирма не специализируется на кодеках. Тем не менее, в недалеком прошлом ее AD1881 и AD1885 были очень популярны. Но сейчас производители материнских плат предпочитают ALC. Только на материнских платах Intel устанавливаются исключительно кодеки AD. В частности, мне встречался новый кодек AD1981A.

По своим характеристикам он ничуть не уступает, а во многом даже превосходит ALC201A. У него 20-разрядные ЦАП и 16-разрядные АЦП, встроенный усилитель для наушников с возможностью распознавания, цифровой выход S/PDIF, поддерживается любая частота дискретизации, есть аппаратный эквалайзер. По результатам измерений у него практически идеальная АЧХ, нет нелинейных и интермодуляционных искажений. Драйверы SoundMAX отличаются самыми широкими функциями по поддержке 3D-звука и спецэффектов: они реализуют технологии Sensaura EnvironmentFX, Virtual Ear, Virtual Theatre и др., поддерживают синтез MIDI и т.д. Тем не менее, кодеки Analog Devices встречаются очень редко — возможно, из-за их высокой цены.

AD1981A.jpg

ad1981a1

ad1981a2

АЧХ

Шум

ad1981a3

ad1981a4

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

ad1981a5

ad1981a6

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

VIA (сайт, драйверы)

Известный тайваньский чипсетный гигант занимается производством аудиопродуктов, в числе которых — AC’97-кодеки. Информации по VT1611A, часто применяемому в прошлом кодеку, на сайте VIA нет, но из косвенных источников удалось выяснить, что это чип с 18-разрядными ЦАП и АЦП и поддержкой не фиксированной частоты дискретизации. Результаты его тестов показали, что VT1611A имеет неплохую АЧХ, низкий уровень шума, минимум искажений. Тем не менее, его драйверы, разработанные VIA, не имеют никаких настроек.

VT1611A.jpg

vt1611a1

vt1611a2

АЧХ

Шум

vt1611a3

vt1611a4

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

vt1611a5

vt1611a6

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

Кодек VT1612A, более новая модель, тоже иногда встречается на материнских платах. В нем появилась поддержка S/PDIF, а качество звучания не изменилось. Есть у VIA и шестиканальный кодек — VT1616A, но пока не слышно, чтобы кто-нибудь его использовал, кроме самой VIA. Проблема, скорее всего, в отсутствии поддержки, неприемлемых для производителей ценах.

VT1612A.jpg

vt1612a1

vt1612a2

АЧХ

Шум

vt1612a3

vt1612a4

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

vt1612a5

vt1612a6

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов


SigmaTel (сайт, драйверы: не доступны)

Кодеки этой фирмы до последнего времени использовала фирма Gigabyte, однако и она уже перешла на Avance Logic. Наиболее популярный STAC9721T не удовлетворяет современным требованиям и имеет не самое лучшее качество. SigmaTel постаралась исправить ситуацию — уже объявлен десяток новых моделей, от совсем простых до шестиканальных, с 20-разрядными ЦАП и АЦП, но производители плат не спешат брать их на вооружение.

STAC9721T.jpg

Crystal/Cirrus Logic (сайт, драйверы: ?)

AC’97-кодеки эта фирма выпускает, но они так и не встретились ни разу. Поэтому ничего определенного о них сказать нельзя.

CMedia (сайт, драйверы)

Раньше эта фирма предлагала только PCI-контроллер CMI8738. Он не отличался хорошим качеством, скорее наоборот — шум -65 дБ, сильные искажения (чуть ли не на уровне полезного сигнала), особенно при частоте дискретизации 48 КГц, проникновение сигнала из левого канала в правый и наоборот, из входного канала в выходной и т.д. Зато функционально он мог дать фору любому кодеку, особенно его полная шестиканальная версия с поддержкой S/PDIF. Недавно CMedia выпустила два AC’97-кодека — четырехканальный CMI9738 и шестиканальный CMI9739, у которых значительно уменьшилась шумность, но остались проблемы с искажениями. Звучит кодек вполне прилично, драйверы поддерживают алгоритмы 3D-звука Sensaura, переключение входных разъемов на выход — в общем, получилось вполне конкурентоспособное, хоть и не слишком качественное решение, которое будет широко использоваться основными потребителями продукции CMedia — ASUS и EliteGroup.

CMI9738.jpg

cmi97381

cmi97382

АЧХ

Шум

cmi97383

cmi97384

Динамический диапазон

Нелинейные искажения

cmi97385

cmi97386

Интермодуляционные искажения

Взаимопроникновение каналов

Какой кодек выбрать?

Собственно говоря, кодек выбирает за вас производитель материнской платы, исходя из соображений цены, функциональности, качества. Понятно, почему Intel использует только Analog Devices — эти кодеки, по моим наблюдениям, наиболее качественные, как по звучанию, так и в плане драйверов. ASUS стремится к функциональности, поэтому ставит CMedia, хотя по качеству эти чипы — самые последние. EliteGroup выбирает их из-за никой цены, хотя на платах этого производителя можно встретить и VIA, и Realtek. Сегодня практически на всех платах устанавливаются кодеки ALC, и не зря — на мой взгляд, они оптимально сбалансированы.

Выбирая плату со встроенным звуком, следует обращать внимание не только и не столько на модель кодека, сколько на то, использовал ли производитель все его возможности. Далеко не всегда на плате разводится S/PDIF-выход, может отсутствовать цифровой вход, не исключено, что для подключения многокомпонентной акустики придется пожертвовать линейным и микрофонным входами. В то же время на некоторых платах есть разъемы для подключения дополнительных аналоговых и цифровых разъемов, иногда они даже идут в комплекте. Внутренних линейных входов может быть несколько (в том числе для модема, как на платах ASUS), а может быть только один — для CD/DVD-привода.

Также при выборе встроенного звука следует обратить внимание на следующий момент. Если производитель кодека не выкладывает драйверы на своем сайте (SigmaTel, AD), то вам придется полагаться только на службу поддержки разработчика материнской платы. Конечно, с ASUS или Gigabyte проблем не будет, а вот другие, мелкие и небогатые производители могут вообще не обновлять набор драйверов. А ведь программная часть играет достаточно важную роль в работе встроенного звука.


Автор
Макс Курмаз
Теги

Комментарии