Как вывести звук с компьютера на телевизор? Подробная инструкция

PCM (ИКМ)

Как известно, в цифровом звуке практически любой формат, за редким исключением, записывается импульсно-кодовым потоком, или потоком PCM — pulse code modulation. FLAC, MP3, WAV, Audio CD, DVD-Audio и другие форматы — это лишь способы упаковки, «консервации» потока PCM.

С чего все начиналось

Теоретические основы цифровой передачи звука были разработаны еще на заре двадцатого века, когда ученые попытались передать звуковой сигнал на большое расстояние, но не по телефону, а довольно странным для того времени способом.

Разделив звуковую волну на небольшие части, ее можно было отправлять получателю в некоем математическом представлении. Получатель, в свою очередь, мог восстановить исходную волну и прослушать запись. Также перед учеными стояла задача увеличить пропускную способность «эфира».

В 1933 году увидела свет теорема В. А. Котельникова. В западных источниках ее называют теоремой Найквиста — Шеннона. Да, Гарри Найквист был первым, кто затронул эту тему: в 1927 году он рассчитал минимальную частоту дискретизации для передачи формы волны, впоследствии названную в его честь «частотой Найквиста», — но теорема Котельникова была издана на 16 лет раньше.

Суть теоремы проста: непрерывный сигнал можно представить в виде интерполяционного ряда, состоящего из дискретных отчетов, по которым можно заново восстановить сигнал. Чтобы была возможность восстановить приблизительно исходное состояние сигнала, частота дискретизации должна равняться как минимум удвоенной верхней граничной частоте этого сигнала.

Много лет теорема не была востребована — вплоть до прихода цифровой эпохи. Тут-то ей и нашлось применение. В частности, теорема пригодилась при разработке формата CDDA (Compact Disc Digital Audio), в простонародье его называют Audio CD или Red Book. Формат был выпущен инженерами Philips и Sony в 1980 году и стал стандартом для аудио-компакт-дисков.

Характеристики формата:

• частота дискретизации — 44,1 кГц;
• разрядность квантования — 16 бит.

INFO

• Частота дискретизации — количество отсчетов сигнала, «взятых» при его дискретизации. Измеряется в герцах.
• Разрядность квантования — количество двоичных разрядов, выражающих амплитуду сигнала. Измеряется в битах.

Частота дискретизации 44,1 кГц была рассчитана из теоремы Котельникова. Считается, что слух среднестатистического человека не способен уловить звук за пределами 19–22 кГц. Вероятно, частота 22 кГц и была выбрана в качестве верхней граничной.

22 000 × 2 = 44 000 + 100 = 44 100 Герц

Откуда взялось 100 Герц? Есть версия, что это небольшой запас на случай ошибок или передискретизации. На самом деле такую частоту в Sony выбрали из соображений совместимости со стандартом телевещания PAL.

Разрядность формата CDDA — 16 бит, или 65 536 отсчетов, что равняется динамическому диапазону примерно в 96 дБ. Такое большое число отсчетов выбрано не случайно. Во-первых, из-за сильного влияния шумов квантования, во-вторых, чтобы обеспечить формальный динамический диапазон выше, чем у главных тогда конкурентов — кассетных записей и виниловых пластинок. Я расскажу об этом подробнее в разделе про цифроаналоговые преобразователи.

Дальнейшее развитие PCM так и продолжилось по принципу умножения на два. Появились другие частоты дискретизации: сначала добавилась частота дискретизации 48 кГц, а в дальнейшем основанные на ней частоты 96, 192 и 384 кГц. Частота 44,1 кГц также удваивалась до 88,2, 176,4 и 352,8 кГц. Разрядность же увеличилась с 16 до 24, а позднее и до 32 бит.

Следующим после CDDA в 1987 году появился формат DAT — Digital Audio Tape. Частота дискретизации в нем составила 48 кГц, разрядность квантования не изменилась. И хотя формат провалился, частота дискретизации 48 кГц прижилась на студиях звукозаписи, как пишут, из-за удобства цифровой обработки.

В 1999 году вышел формат DVD-Audio, который позволял записать на один диск шесть стереодорожек с частотой дискретизации 96 кГц и разрядностью 24 бит или две стереодорожки с частотой 192 кГц, 24 бит.

В том же году был представлен формат SACD — Super Audio CD, но диски для него стали производить только спустя три года. Подробнее об этом формате я расскажу в разделе про DSD.

Это основные форматы, которые считаются стандартом для цифровых звукозаписей на носителях. Теперь рассмотрим, как передаются данные в цифровом звуковом тракте.

Что делать, если S/PDIF включается самопроизвольно?

Наконец, самая неприятная ситуация состоит в том, что иногда звук появляется, а все устройства отображаются и работают корректно, но после перезагрузки все «слетает» и возвращается на круги своя. При этом в системе из устройств видно только аудио S/PDIF. Это происходит только потому, что система самостоятельно переустанавливает S/PDIF-драйвер и активирует его использование по умолчанию. В этой ситуации сначала выполните действия по установке ПО для нужно вам звукового оборудования, а затем отключите инструментарий автоматической установки драйверов Windows.

Для этого в разделе устройств и принтеров, выбираемом из «Панели управления», через соответствующее меню деактивируйте все автоматизированные процессы, как показано на изображении выше.

Также запрет можно выставить в групповых политиках (gpedit.msc), где в разделе установки устройств, который находится в административных шаблонах конфигурации ПК нужно активировать соответствующий пункт. После перезагрузки мешающий вам драйвер автоматически и с максимально высоким приоритетом устанавливаться не будет.

Примечание: если вы это устройство не используете вообще, можете его даже полностью отключить, используя для этого либо параметры звука, либо «Диспетчер устройств».

Источник

Структура цифрового звукового тракта

При проигрывании музыки происходит примерно следующее: плеер при помощи кодека, выполненного в виде устройства или программы, распаковывает файл в заданном формате (FLAC, MP3 и другие) или считывает данные с CD, DVD-Audio или SACD-диска, получая стандартный поток данных PCM. Затем этот поток передается через USB, LAN, S/PDIF, PCI и так далее в I2S-конвертер. В свою очередь, конвертер преобразует полученные данные в так называемые кадры интерфейса передачи данных I2S (не путать с I2С!).

I2S

I2S — это последовательная шина передачи цифрового аудиопотока. Сейчас I2S — стандарт для подключения источника сигнала (компьютер, проигрыватель) к цифроаналоговому преобразователю. Именно через нее подключается напрямую или опосредованно подавляющее большинство ЦАП. Существуют и другие стандарты передачи цифрового аудиопотока, но они используются гораздо реже.

Выход (вход) I2S на печатных платах

Шина I2S может состоять из трех, четырех и даже пяти контактов:

• continuous serial clock (SCK) — тактовый сигнал битовой синхронизации (может называться BCK или BCLK);
• word select (WS) — тактовый сигнал кадровой синхронизации (может называться LRCK или FSYNC);
• serial data (SD) — сигнал передаваемых данных (может называться DATA, SDOUT или SDATA). Как правило, данные передаются от передатчика к приемнику, но бывают устройства, которые могут выступать и приемником, и передатчиком одновременно. В таком случае может присутствовать еще один контакт;
• serial data in (SDIN) — по этому контакту данные движутся в направлении приема, а не передачи.

SD или SDOUT служит для подключения цифроаналогового преобразователя, а SDIN используется для подключения аналого-цифрового преобразователя к шине I2S.

В большинстве случаев присутствует еще один контакт, Master Clock (MCLK или MCK), он используется для синхронизации приемника и передатчика от одного генератора тактовых импульсов, чтобы снизить коэффициент ошибок передачи данных. Для внешней синхронизации MCLK служат два генератора тактовых импульсов: с частотой 22 579 кГц и 24 576 кГц. Первый, 22 579 кГц, — для частот, кратных 44,1 кГц (88,2, 176,4, 352,8 кГц), а второй, 24 576 кГц, — для частот, кратных 48 кГц (96, 192, 384 кГц). Также могут встречаться генераторы на 45 158,4 кГц и 49 152 кГц — наверняка ты уже заметил, как в мире цифрового звука всё любят умножать на два.

Frame, или кадр I2S

В I2S обязательно используются три контакта: SCK, WS, SD — остальные контакты опциональны.

По каналу SCK передаются синхроимпульсы, под которые синхронизированы кадры.

По каналу WS передается длина «слова», при этом используются и логические состояния. Если на контакте WS логическая единица, значит, передаются данные правого канала, если ноль — данные левого канала.

По SD передаются биты данных — значения амплитуды звукового сигнала при квантовании, те самые 16, 24 или 32 бита. Никаких контрольных сумм и служебных каналов на шине I2S не предусмотрено. Если данные при передаче потеряются, возможности восстановить их не существует.

На дорогих ЦАП часто бывают внешние разъемы для подключения к I2S. Использование таких разъемов и кабелей может плохо отразиться на звуке, вплоть до появления «артефактов» и заиканий, все будет зависеть от качества и длины провода. Все же I2S это внутрисхемный разъем, и длина проводников от передатчика до приемника должна стремиться к нулю.

Рассмотрим, как передается поток данных PCM по шине I2S. Например, при передаче PCM 44,1 кГц с разрядностью 16 бит длина слова на канале SD будет соответствовать этим шестнадцати битам, а длина кадра будет 32 бита (правый канал + левый). Но чаще всего передающие устройства используют длину слова 24 бита.

При воспроизведении PCM 44,1 × 16 старшие биты либо попросту игнорируются, так как заполнены нулями, либо, в случае со старыми мультибитными ЦАП, они могут перейти на следующий кадр. Длина «слова» (WS) может также зависеть от плеера, через который воспроизводится музыка, а также от драйвера устройства воспроизведения.

Альтернативой PCM и I2S может быть запись звукового сигнала в DSD. Этот формат развивался параллельно с PCM, хотя и тут теорема Котельникова оказала некоторое влияние. Для улучшения качества звучания по сравнению с CDDA упор был сделан не на повышение разрядности квантования, как в формате DVD Audio, а на увеличение частоты дискретизации.

Цифровое аудио S/PDIF: нет звука. В чем причина?

You will be interested:How dangerous is the new coronavirus?
Сначала давайте кратко остановимся на возможных ситуациях, при появлении которых звук пропадает напрочь, и посмотрим, почему так происходит. Основными причинами такого явления можно назвать следующие:

• неправильное подключение колонок или телевизора (если звук транслируется именно на него);
• некорректная настройка звука непосредственно в Windows;
• отключение основного устройства в Windows или в BIOS;
• устаревание прошивки BIOS;
• отключение службы обработки аудио в операционной системе;
• устаревшие или неправильно установленные драйверы звукового оборудования;
• приоритетная установка драйверов S/PDIF вместо необходимых по умолчанию.

DSD

DSD расшифровывается как Direct Stream Digital. Он берет свое начало в лабораториях фирм Sony и Philips — впрочем, как и другие форматы, рассматриваемые в этой статье.

SACD

Впервые DSD увидел свет на дисках Super Audio CD в далеком 2002 году.

На тот момент SACD казался шедевром инженерной мысли, в нем был применен совершенно новый способ записи и воспроизведения, очень близкий к аналоговым устройствам. Реализация одновременно была простой и изящной.

Носитель даже оснастили защитой от копирования, хотя и без этого никакие пираты были не страшны. Под марками Sony и Philips стали выпускать «закрытые» устройства исключительно для воспроизведения, без какой-либо возможности копировать диски. Производители продавали студиям оборудование для записи, но при этом оставили за собой контроль за выпуском SACD-дисков.

Как знать, возможно, формат SACD мог бы обрести популярность, сравнимую с Audio CD, если бы не стоимость устройств воспроизведения. Безосновательно накручивая цены на проигрыватели, руководители Sony и Philips сами мешали популярности своего формата. А следующая ошибка и вовсе поставила крест на продажах специализированных устройств. Для продвижения игровой приставки Sony PlayStation инженеры Sony добавили возможность слушать на ней SACD. Хакеры тут же взломали приставку и стали копировать диски SACD в ISO-образы, которые можно записать на обычную болванку DVD и воспроизводить на любом плеере фирм-конкурентов; другие просто извлекали дорожки для воспроизведения на компьютере.

Звукозаписывающие компании тоже хороши: вопреки ожиданиям меломанов, они не пользовались всеми возможностями нового формата высокого разрешения. На студиях не записывали в DSD музыку с мастер-ленты, а брали цифровую запись в PCM, пересводили и обрабатывали всем подряд: лимитерами, компрессорами, дитерингом с нойз-шейпингом и различными цифровыми фильтрами. В итоге на выходе получался такой стерильный и сухой звук, что даже CD Audio мог бы звучать гораздо лучше. Таким образом было подорвано доверие слушателей к SACD, а заодно и к новым форматам вообще.

HDMI-кабель

Самый популярный в народе метод подключения звука с компьютера на телевизор да и не только. Нужно всего лишь подключить HDMI выход видеокарты компьютера к HDMI входу телевизору и сделать несколько настроек. Краткий план:

1. Подключаем кабель.
2. Проверяем драйвер видеокарты.
3. Делаем вывод аудио на HDMI.

Для тех, кто не в курсе, сначала вам понадобится вот такой кабель:

Обязательно проверьте наличие таких разъемов на компьютере (в видеокарте) и телевизоре. Старые модели зачастую не поддерживают его, но все относительно новое в обязательном порядке поддерживает этот популярный стандарт.

Про подключение особо говорить и нечего: берете самый недорогой кабель, подключаете разъемы, используете. Очень часто все может заработать само по себе из коробки, но скорее всего это не ваш случай.

Теперь нужно сделать вывод звука на HDMI. Для этого щелкаем правой кнопкой мыши по иконке громкости в трее возле часов и выбираем «Устройства воспроизведения»:

На моей Windows 10 путь оказался чуть длиннее:

1. Щелкаем по тому же звуку, но выбираем «Звуки»:

1. Теперь остается только перейти на вкладку «Воспроизведение», которая и открывалась сразу в первом варианте. Именно здесь изображены все устройства, через которые можно воспроизводить звук:

1. Выбираем наш подключенный телевизор, щелкаем по нему правой кнопкой мыши, в новом меню выбираем «Использовать по умолчанию» (см. скриншот выше). С этого момента звук должен пойти через телевизор.

Что делать, если все вроде бы создано верно, но звука нет?

• Для начала убедитесь в поддержке вашей видеокартой аудиовыхода через HDMI. Некоторые из них не поддерживают такой функции. В моем примере, можно даже зайти в Диспетчер устройств и в соответствующем разделе увидеть поддержку от NVIDIA:

• Как вариант – не забываем, что после переустановки операционной системы можно довериться автоматической установке оборудования, но лучше зайти на официальный сайт своей видеокарты, скачать последний драйвер и установить его. Очень часто лечит проблему.

Если у вас вот такой кабель:

Или даже вот такой:

Спешу вас расстроить – по ним передается только видеосигнал. В первом случае – цифровой, а во втором – аналоговый. Так что выдыхаем, успокаиваемся и идем дальше.

DSD

Что же представляет собой DSD? Это однобитный поток с очень высокой, по сравнению с PCM, частотой дискретизации. Также в DSD используется иной вид модуляции, PDM (Pulse Density Modulation) — плотностно-импульсная модуляция. Запись звука в таком формате производится однобитным аналого-цифровым преобразователем, сейчас такие АЦП на основе сигма-дельта-модуляции используются повсеместно. Процесс записи выглядит примерно так: пока амплитуда волны возрастает, на выходе АЦП логическая единица, когда амплитуда падает, на выходе логический ноль, среднего значения быть не может. Сравнивается с предыдущим значением амплитуды волны.

DSD позволяет достичь важных преимуществ по сравнению с PCM:

• точнее прорисовка волны;
• выше помехоустойчивость;
• более простой способ коммутации и передачи цифрового потока;
• теоретически есть возможность уменьшить стоимость, упростив схему ЦАП, но из-за обратной совместимости со старыми форматами производители вряд ли пойдут на это.

Изначально на SACD-дисках использовался формат DSD x64 c частотой дискретизации 2822,4 кГц. За основу взяли частоту дискретизации Audio CD 44,1 кГц, увеличенную в 64 раза, отсюда название x64. Сегодня реально используются следующие DSD:

• x64 = 2822,4 кГц;
• x128 = 5644,8 кГц;
• x256 = 11 289,6 кГц;
• x512 = 22 579,2 кГц;
• заявлен DSD x1024.

DXD

Существует некий промежуточный формат между PCM и DSD под названием DXD — Digital eXtreme Definition. Это, по сути, PCM высокого разрешения — 352,8 кГц или 384 кГц с разрядностью квантования 24 или 32 бита. Он применяется в студиях для обработки и последующего сведения материалов.

Но такой подход ущербен: во-первых, он не позволяет задействовать все преимущества DSD, во-вторых, размер файлов получается больше, чем в DSD. На текущий момент флагманские ЦАП на входе I2S принимают поток данных PCM с частотой дискретизации до 768 кГц и разрядностью до 32 бит. Страшно даже считать, какой объем на жестком диске будет занимать один альбом в таком разрешении.

DSD практически отделился от SACD. Теперь формат DSD чаще можно встретить упакованным в файлы с расширением DSF и DFF. Выпущено множество проигрывателей с возможностью записи в DSF и DFF, любители хорошего звука все чаще и чаще оцифровывают виниловые пластинки именно в формате DSD. А вот на звукозаписывающих студиях никто не хочет вкладываться в малопопулярные форматы, так что там продолжают клепать звук на минималках: 44,1 × 16.

Коммутация DSD и передача данных

Для передачи цифрового потока в DSD используется трехконтактная схема подключения:

1. DSD Clock Pin (DCLK) — синхронизация;
2. DSD Lch Data Input Pin (DSDL) — данные левого канала;
3. DSD Rch Data Input Pin (DSDR) — данные правого канала.

В отличие от I2S, передача данных DSD предельно упрощена. DCLK задает тактовую частоту битовой синхронизации, а по контактам DSDL и DSDR последовательно передаются сами данные левого и правого канала соответственно. Никаких ухищрений тут нет, запись и воспроизведение в DSD делается побитно. Такой подход дает максимальное приближение к аналоговому сигналу, а за счет высокой частоты уменьшаются шумы квантования и на порядок повышается точность воспроизведения.

Продолжение доступно только участникам

Материалы из последних выпусков становятся доступны по отдельности только через два месяца после публикации. Чтобы продолжить чтение, необходимо стать участником сообщества «Xakep.ru».

Вводная информация

Перед тем, как попытаться воспроизвести одновременно видео и аудио на телевизоре от ноутбука/компьютера нужно помнить, что HDMI не всегда поддерживал ARC-технологию. Если у вас на одном из устройств находятся устаревшие разъёмы, то для вывода видео и звука одновременно придётся покупать специальную гарнитуру. Чтобы узнать версию, нужно просмотреть документацию на оба устройства. Первая поддержка ARC-технологии появилась только в версии 1.2, 2005 год выпуска.

Если с версиями всё в порядке, то подключить звук не составит труда.

Инструкция по подключению звука

Звук может не идти в случае неисправности кабеля или неправильных настроек операционной системы. В первом случае придётся проверить кабель на наличие повреждений, а во втором провести простые манипуляции с компьютером.

Инструкция по настройке ОС выглядит так:

В «Панели уведомлений»(там показывается время, дата и основные индикаторы – звук, заряд и т.д.) нажмите правой кнопкой мыши по значку звука. В выпавшем меню выберите «Устройства воспроизведения».

• Нажмите «Применить» в правой нижней части окна, а затем на «ОК». После этого звук должен пойти и на телевизоре.

Если иконка телевизора появилась, но она подсвечена серым цветом или при попытке сделать это устройство для вывода звука по умолчанию ничего не происходит, то просто перезагрузите ноутбук/компьютер, не отключая HDMI-кабель от разъёмов. После перезагрузки всё должно нормализоваться.