Секреты программирования игр андрэ ла мот оглавление
Способы воспроизведения звука
Рассмотрим способы, с помощью которых вы можете воспроизводить звук на персональных компьютерах.
Цифровой звук. Выпуск фирмой Creative Labs платы Sound Blaster заложил фундамент для использования оцифрованных звуков персональными компьютерами. Все последующие звуковые карты (такие как Covox Speech Thing, The Walt Disney Sound Source или Media Vision ProAudio Spectrum) поддерживали эту возможность. Цифровой звук позволяет вашей программе исполнять все, что может быть записано с помощью микрофона, включая звуковые эффекты, человеческую речь и музыку. Конечно, цифровой звук требует огромных объемов памяти и дискового пространства, но воспроизведения в играх звуковых эффектов и диалогов очень эффективно.
Цифровой звук — это как раз то, что вы слышите при воспроизведении музыкальных записей с компакт-дисков. Звук представляет собой волну определенной формы. Звук, воспроизводимый динамиком, — это, фактически, напряжение, подаваемое на катушку динамика и заставляющее мембрану двигаться вперед и назад в соответствии с силой сигнала. Движения мембраны динамика генерируют в воздухе звуковую волну. И наоборот, звуковая волна может быть переведена в цифровую форму, пугем преобразования уровня напряжения в числовые значения. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием или АЦП. Форма звуковой волны приближенно описывается некоторым множеством повторяющихся выборок. Таким образом, звуковая волна, преобразованная в цифровую форму, имеет две важные характеристики: число использованных битов для представления данных и частоту, с которой звуковая волна была оцифрована. На стандартный звуковой компакт-диск музыка записывается с разрешением 16 бит и частотой 44 КГц в стереозвучании. Это значит, что каждая выборка имеет 32 бита и выборки производятся 44 тысячи раз в секунду. Таким образом, одна секунда звука на компакт-диске требует 176000 байт. Одна минута — уже свыше 10 мегабайт!
Обычно компьютерные игры используют звуковые данные со значительно более низким разрешением, так как проигрывание цифрового звука с качеством компакт-диска потребует всех ресурсов машины. Как правило, игры имеют дело с 8-битными выборками на частоте 11 КГц. Но даже на такой частоте совсем короткий звук легко займет всю память машины. Так что, хотя цифровой звук и является лучшим способом создания разнообразных звуковых эффектов, таких как выстрелы и взрывы, использовать его для музыкального оформления компьютерных игр чересчур накладно.
Другая проблема заключается в том, что, хотя оцифровка звука и позволяет проигрывать музыкальные записи, с ее помощью практически невозможно интерактивно управлять музыкальным фоном в соответствии с текущим контекстом игры. Для устройств MIDI такой проблемы не возникает, так как воспроизведение осуществляется под полным контролем со стороны программного обеспечения. Другими словами, вы можете в реальном времени посылать компьютеру эквивалент нотной записи.
Частотные синтезаторы . Самой первой популярной звуковой картой для персонального компьютера была плата Adiib Personal Music System. Она содержала синтезатор частотной модуляции Yamaha YM3812 (OPL2) FM. Э».э квазипрограммируемое устройство способно с помощью осцилляторов формировать вид звуковой волны, используя частотную модуляцию, генератор белого шума и операторы нарастания, удержания, затухания и освобождения звука. Это звучит замысловато не только на словах, но и на деле. Устройство феноменально сложно программируется. Даже приложив всю вашу изобретательность при программировании частотного синтезатора, вам вряд ли удастся достичь приемлемых результатов. К счастью, с появлением нового поколения MIDI-синтезаторов с волновыми таблицами прямое программирование частотных синтезаторов уходит в прошлое. Существует „много .систем, позволяющих YM3812 эмулировать устройство MIDI, избавляя программистов от необходимости работать с замысловатой логикой этого устройства.
MIDI . Спецификация интерфейса электромузыкальных инструментов (MIDI) — это международный стандарт «де-факто», который определяет последовательный интерфейс для объединения музыкальных синтезаторов, музыкальных инструментов и компьютеров. MIDI поддерживается Ассоциацией производителей MIDI (Лос-Анджелес, Калифорния). Он опирается на аппаратное (каналы ввода/вывода и соединительные кабели) и программное обеспечение (тон, громкость и так далее). В соответствии со спецификацией, принимающее устройство в MIDI-системе должно интерпретировать музыкальные данные даже в том случае, если у передающего устройства нет возможности узнать, что способно делать принимающее устройство. Это чревато проблемами, если приемник не способен корректно интерпретировать данные. В обобщенном MIDI эта проблема решается предварительной идентификацией возможностей аппаратуры.
Все устройства обобщенного MIDI поддерживают звучание музыкальных и ударных инструментов, вместе со 128 звуковыми эффектами. Системы обобщенного MIDI поддерживают одновременное использование 16 MIDI-каналов с минимум 24 нотами в каждом и имеют определенный набор музыкальных контроллеров. Это означает, что в случае обобщенного MIDI передающее устройство знает, что ожидать от принимающего. Точно так же и файл, созданный одним устройством, соответствующим спецификациям обобщенного MIDI, распознается любым другим подобным устройством без потери нот или нарушения баланса инструментов при воспроизведении. Это, однако, справедливо только в теории. На практике же файл MIDI обычно имеет характеристики, существенно зависящие от конкретного устройства. Это обусловлено тем, что если сами инструменты и стандартизованы в обобщенном MIDI, то их баланс, тембр и качество — нет. Таким образом, каждый обобщенный MIDI-инструмент играет с разными характеристиками. При написании произведения MIDI для качественного исполнения на любом устройстве композитору не следует использовать специфические особенности конкретного синтезатора. Так как файлы MIDI обычно небольшие, то я, чтобы полностью использовать все возможности каждого синтезатора, обычно делаю различные версии для наиболее популярных MIDI-синтезаторов.
Большинство поставщиков придерживаются обобщенного стандарта MIDI, в том числе Roland (Roland Sound Canvas, Roland RAP-10), Creative Labs (AWE 32), Logitech (Logitech SoundWave), Ensoniq (SoimdScape), Gravis (Gravis Ultrasound), Turtle (Turtle Beach Maui), Sierra Semiconductor (Aria). Кроме того, устройства с частотными синтезаторами, такие как Sound Blaster, также могут эмулировать устройства MIDI с помощью набора драйверов типа MIDPAK. Видимо, в будущем вся интерактивная музыка будет придерживаться стандарта .MIDI. Благодаря этому вы сможете качественно воспроизводить с помощью разнообразных звуковых карт полнооркестровые произведения, созданные для вас профессиональными композиторами. Файлы данных MIDI небольшие, требуют сравнительно небольшого числа прерываний для обслуживания и не сильно загружают процессор. Большинство современных MIDI-синтезаторов используют алгоритмы. Алгоритмы — это оцифрованные записи реальной игры на разнообразных инструментах. Алгоритмы хранятся в постоянном запоминающем устройстве синтезатора. И когда MIDI-файл описывает, например, звучание пианино, то используется оцифрованный звук настоящего пианино. Благодаря этому мы получаем удивительно реалистично звучащую музыку. Полный набор алгоритмов, включающий в себя хоровые эффекты и эффекты реверберации, придаст вашей музыке дополнительный колорит.
MOD . Файлы MOD стали популярны благодаря компьютерам Amiga фирмы Commodore. Феноменальные для своего времени возможности этого игрового компьютера просто поражали. Аппаратное обеспечение этой машины поддерживало четыре канала цифрового звука. Многие создатели игр, сотрудничавшие с фирмой Amiga, хотели, чтобы в их играх звучала музыка. Поэтому они придумали схему, позволяющую получать полнооркестровую музыку, а файлы, содержащие звуковые данные, получили наименование MOD. Практически, этот метод базируется на программной эмуляции частотного синтеза с использованием алгоритмов (о них мы рассказывали выше в разделе MIDI). Надеюсь, вы еще помните, что алгоритмы содержат оцифрованную запись игры на разнообразных инструментах и хранятся в ПЗУ. Когда требуется воспроизвести звук пианино, то модулируется частота настоящей, исполненной на фортепиано, оцифрованной ноты. При использовании технологии MOD-файлов, делается все то же самое, только программным путем. Это требует достаточного количества оперативной памяти для хранения оцифрованных звуковых эффектов и программного обеспечения для частотной модуляции в реальном времени. Такая задача отнимает много памяти и ресурсов процессора. Кроме того, написание музыки в виде MOD-файлов значительно более трудоемкая задача, чем создание композиций для MIDI.
Так что, хотя файлы MOD и являются наиболее полным, наиболее реалистичным методом создания музыки для простых устройств типа Sound Blaster, они все же не могут соревноваться с настоящим синтезатором MIDI. Кроме того, когда цифровой канал звуковой платы занят исполнением музыки, усложняется воспроизведение шумовых эффектов. Так как современный рынок движется в сторону MIDI-синтеза, наиболее разумным будет писать музыку в формате MIDI, а фоновые и шумовые эффекты воспроизводить с помощью оцифрованных звуков. Пакеты программ MIDPAK и DIGPAK как раз и предназначены для этих целей.
Красная книга компакт-дисков. Одно из преимуществ дисководов CD-ROM, которые становятся все популярнее, состоит в том, что они могут проигрывать стандартные компакт-диски. Однако вы не можете сделать так, чтобы ваша игра одновременно и работала с диска CD-ROM и воспроизводила музыку оттуда же. Доступ к записанным на CD-ROM данным и к звуковым дорожкам является полностью взаимоисключающим. Также невозможно добиться плавной работы программы при постоянном переходе от данных к звуку и обратно. Однако многие разработчики любят помещать музыкальные фрагменты из игр на звуковые дорожки CD-ROM, и вы также можете взять это себе на вооружение.
Программное обеспечение цифрового микшироваиия. За исключением Gravis Ultrasound и Creative Labs AWE32, почти все звуковые карты поддерживают только один канал для цифрового звука. Однако в интерактивной игре вам может потребоваться воспроизвести одновременно несколько звуков. Этого вы можете добиться, применяя программное обеспечение, которое осуществляет цифровое микширование. Так как звук аддитинен, этот процесс удивительно прост. Все необходимые звуки, которые должны звучать в данный момент, складываются в буфере, отсекаются точки, вышедшие за установленные пределы, а затем результат передается звуковой карте. Некоторые инструментальные пакеты для разработки программного обеспечения включают поддержку программного цифрового микширования в свои программные интерфейсы.
Загружаемые алгоритмы инструментов и звуковых эффектов. При использовании звуковых карт Gravis Ultrasound и Creative Labs AWE32 программа может загружать музыкальные инструменты или эффекты в память самой платы. После этого вы можете манипулировать ими, простоинициируя события MIDI. Это очень мощный метод, потому что он позволяет не только осуществлять поддержку многоканальности и использовать оригинальные инструменты и эффекты при низкой загрузке процессора и экономном расходовании памяти. Данный метод еще дает возможность манипулировать звуковыми эффектами в реальном времени, применяя сдвиг высоты звука, управление ударными инструментами и даже хоровые эффекты и эффекты реверберации.
Пакеты программ DIGPAK и MIDPAK
На подступах к новому тысячелетию разработчикам уже не надо беспокоиться о программировании на аппаратном уровне индивидуальных звуковых устройств. В Windows 3.1 уже существует механизм драйверов, позволяющий прикладным программам воспроизводить оцифрованный звук и музыку MIDI. Точно так же в реальном или защищенном режиме процессора существует ряд программных интерфейсов, освобождающих вас от этого тяжкого бремени, позволяя сфокусировать свои силы на написании самих звуков и музыки. Среди подобных коммерческих систем можно назвать Audio Interface Library фирмы Miles Design и Sound Operating System фирмы Human Machine Interfaces.
Одной из наиболее популярных среди разработчиков систем являются созданные фирмой Audio Solution пакеты программ DIGPAK и MIDPAK. Первый из них представляет собой универсальный DOS-интерфейс для исполнения цифрового звука на практически любой звуковой карте. MIDPAK позволяет вам воспроизводить полнооркестровую MIDI-музыку практически на любой звуковой карте, включая прекрасную эмуляцию MIDI для карт, не обладающих подобной возможностью (например, Sound Blaster). С 1 января 1994 года пакеты программ DIGPAK и MIDPAK бесплатны для некоммерческого использования. Небольшая лицензионная плата требуется для коммерческого распространения драйверов. Эта плата идет на усовершенствование драйверов и на содержание BBS поддержки — SoundBytes OnLine BBS.
Пакеты программ DIGPAK и MIDPAK были созданы для того, чтобы разработчик игр для DOS мог справиться с громадным количеством наводнивших рынок звуковых карт. Уже больше пяти лет мы с Джоном Майлсом из Miles Design (как и многие другие специалисты из фирм по производству звуковых плат) занимаемся разработкой, улучшением и обновлением этих драйверов. Пакеты программ DIGPAK и MIDPAK вы найдете на дискете, прилагаемой к этой книге, а чуть ниже в данной главе будет приведена документация на API этих пакетов. Обратите внимание, что на дискете есть дополнительная документация и многочисленные примеры использования драйверов.
Я хотел бы сказать спасибо всем, кто помогал создавать эти драйверы:
Источник
Слушаем музыку с компьютера правильно. Три основных способа
Сохранить и прочитать потом —
За последние 20 лет (не так уж и много в масштабах существования Hi-Fi аудио) отношение меломанов к компьютеру как к источнику качественного звука постоянно менялось. Фактически, это было полное отрицание подобной возможности его использования в конце 90-х, принятие его только как рекордера для CD-Audio дисков в самом начале «нулевых», огромная популярность в качестве именно источника сигнала уже в середине 2000-х — начале 2010-х, и некоторое снижение интереса к ним в последние годы. Причин подобных изменений настроения аудиосообщества достаточно много, и далеко не все они связаны именно с качеством звука. В то же время нужно признать, что многие меломаны начинают свой путь к качественному звуку именно с компьютера, как с наиболее доступного (то есть уже имеющегося в наличии) устройства, служащему одновременно и средством получения, а также хранения музыкального контента. Итак, как же слушать музыку с компьютера правильно?
Фото andrew welch / Unsplash
Встроенные звуковые карты
Любой компьютер оснащен некоторой встроенной звуковой системой и не все они обладают совсем уж отталкивающим звуком. Тем не менее, хорошим способом улучить его качество является установка качественной звуковой карты. Их выбор довольно широк, как и диапазон стоимости. Подыскивая такую карту, вполне можно ограничиться бюджетом три-четыре тысячи рублей и продукцией признанных лидеров данного рынка, таких как Creative или Asus. При этом в карте должен быть установлен ЦАП с параметрами как минимум 24 бит / 192 кГц и использоваться качественные выходные операционные усилители, хотя бы для основных стереоканалов (подавляющее большинство подобных плат многоканальные).
Если вы не планируете использовать ПК для записи звука (в том числе и его оцифровки), то целесообразность приобретения более дорогих звуковых карт для Hi-Fi-задач выглядит сомнительной задачей. А кроме того, работа в условиях сильных электрических помех, как проходящих по цепям питания, так и получаемых от других частей ПК (установку «линейных» блоков питания и другой апгрейд компьютера мы здесь рассматривать не будем), неминуемо снизит соотношение сигнал/шум таких плат, то есть ухудшит их звучание. Экраны, которыми иногда снабжаются подобные звуковые карты, хороши для нанесения красивых картинок, но не действенной защиты от электрических помех.
Современные звуковые карты подключаются к внешнему усилителю через обычный линейный вход. Обычно для этого требуется переходник mini-jack на RCA, и здесь лучше отдавать предпочтение продукции ведущих специализированных компаний, а не ноунейм-продукции из ближайшего супермаркета.
Кабель USB AudioQuest Cinnamon
USB – всему голова
Де-факто стандартом для подключения ПК к аудиосистеме стал разъем (интерфейс) USB, имеющийся в любом компьютере. При таком соединении никакой модернизации самого ПК не требуется. Отметим, что, если компьютер планируется использовать только для транспортировки аудио, его конфигурация может быть довольно простой. Ни мощный процессор, ни большой объем ОЗУ для этого не требуются. Настроить же компьютер необходимо таким образом, чтобы все ненужные для воспроизведения музыки функции ОС были отключены. Впрочем, дополнительная вычислительная мощность все же понадобится тем пользователям, которые захотят осуществлять апсемплинг (повышение его частоты) сигнала перед отправкой на ЦАП.
В качестве операционной системы для подобных «аудио-компьютеров» сегодня все чаще используется Linux со специальной программной оболочной, который может быть запущен на миниатюрном одноплатном ПК. Хотя лидером здесь, безусловно, являются Windows и iOS с соответствующими программными аудиоплеерами.
Стереоусилитель TEAC AI-503
Однако вернемся к USB. Если вы только создаете свою первую аудиосистему, то в ней можно сразу предусмотреть устройство с таким входом. Это может быть интегральный усилитель с USB-входом, например, Rotel A12 или TEAC AI-503, или даже активная акустика – такая, как Klipsch The Sixes. Если же у вас уже есть стереосистема, к которой необходимо подключить ПК по USB, потребуется соответствующий внешний цифро-аналоговый преобразователь.
Активная полочная акустика Klipsch The Sixes
USB-ЦАП – какой выбрать?
Современные ЦАП-ы как правило оснащаются входными USB-интерфейсами на базе технологии XMOS или реже Amanero. Они работают в асинхронном режиме, что позволяет практически полностью устранить возможный джиттер, имеющийся во входном сигнале. Кроме того, многие USB-ЦАП оснащены и входными фильтрами, эффективно противостоящими помехам. Небольшим минусом XMOS и Amanero является то, что для полноценной работы многих ЦАП-ов на ее основе требуется использование специальных драйверов, которые необходимо установить на ПК. Впрочем, все компании-изготовители позволяют бесплатно скачать их на своих сайтах.
Внешний ЦАП M-Audio Micro DAC 24/192
Определяясь с выбором конкретной модели, в первую очередь необходимо определиться с тем, какие функции ЦАП вам нужны. Если требуется только прослушивание музыки с компьютера, то можно выбрать простую модель, например, M-Audio DAC 24 / 192. Этот ЦАП устанавливается непосредственно в свободный USB-порт компьютера. А, например, более крупный ЦАП Cambridge Audio DacMAgic 100, кроме USB, имеет еще и два коаксиальных, а также оптический входы, которые можно использовать для подключения других цифровых источников. ЦАП топового класса T+A DAC 8 DSD, помимо широкого набора входов, имеет поддержку аудио высокого разрешения (PCM 24 бит / 192 кГц и DSD 2,8/5,6 МГц), а также может работать в качестве предусилителя. Последнее означает, что его можно непосредственно подключать ко входам усилителей мощности или активных колонок, не имеющих собственных регуляторов громкости.
Внешний ЦАП T+A DAC 8 DSD
В целом, при выборе USB-ЦАП, стоит отдавать предпочтение моделям с как можно более широкой поддержкой входных цифровых потоков (обязательным на сегодня является возможность воспроизведения PCM 24/192 и DSD256), а также выполненных на новых микросхемах от компаний AKM или Sabre.
Источник
