Революционный звук: технологии плат семейства Sound Blaster X-Fi

Более полугода назад на свет появилось очередное поколение звуковых плат легендарного семейства Sound Blaster под обобщенным названием X-Fi. В сегодняшней статье мы попытаемся разобраться, совершилась ли та революция, которую нам обещали в Creative.

История

Ни для кого не секрет, что сингапурская корпорация Creative еще с незапамятных времен застолбила за собой царский трон на вершине компьютерного звукового олимпа. Любые попытки конкурентов потеснить короля и всерьез-то не воспринимались – практически все компании, представлявшие в свое время оригинальные музыкальные технологии, вскоре либо разорялись, либо с потрохами продавались и пополняли собой империю Creative.

Вспомнить хотя бы Aureal – автора технологии трехмерного звука A3D, ставшую впоследствии частью Creative и вынужденную положить наработки A3D в основу очередной версии EAX. Однако полное отсутствие достойных конкурентов – довольно-таки неприятная ситуация.

Взглянуть, к примеру, на рынок графических акселераторов – здесь NVIDIA с ATI из кожи вон лезут в попытках опередить друг друга, а в результате мы получаем смену поколений видеокарт примерно каждые полтора года. Поэтому и неудивительно, что на компьютерном аудио рынке образовался определенный застой – последние значимые нововведения датируются 2002 годом, когда на свет появился Sound Blaster Audigy2.

Сложившаяся ситуация для Creative усугублялась тем, что покупателей становилось все труднее и труднее раскрутить на покупку новенькой платы: в отличие от тех же графических решений, где преимущества новых технологий просто очевидны, восприятие звука – понятие сугубо индивидуальное, при этом подавляющему большинству потребителей более чем достаточно возможностей звуковых плат уровня Sound Blaster Live!

Но наиболее ощутимый удар по позициям Creative нанесло стремительное распространение встроенных решений, особенно с появлением сравнительно качественного Intel HD Audio.

Действительно, установка звукового чипа на системную плату обходится производителям в сущие копейки (немногим более 50 центов), покупателям, можно считать, и вовсе бесплатно, а разница в звучании, по сравнению с платой от Creative за 100+ баксов, начинает проявляться лишь на относительно дорогой акустике. Впрочем, подобный сценарий развития событий предвидели в Creative: еще в 2001 году, сразу после выпуска первой Audigy, многие специалисты компании переключились на разработку принципиально нового звукового процессора и соответствующей линейки плат.

В корпорации сразу выбрали для себя три приоритетных направления, а именно, воспроизведение музыки (CD-DA, MP3, DVD-Audio и т.д.), звук для компьютерных игр и звукозапись – будущая линейка плат должна была в полной мере справляться со всеми поставленными задачами.

Таким образом, в Creative планировали переманить в лагерь своих фанатов не только простых пользователей, но и хардкорных геймеров, искушенных меломанов (которые зачастую предпочитали продуктам Creative недорогие полупрофессиональные платы), а также начинающих и не сверх требовательных музыкантов.

Конечно, проектирование нового чипа – дело далеко не одного года. Creative на это потребовалось четыре года (и свыше 100 миллионов долларов), а чтобы не заставлять покупателей столь долго ждать, оставшиеся специалисты компании занимались совершенствованием и выпуском новых плат семейства Audigy.

Самый дешевый, но не менее замечательный Sound Blaster X-Fi XtremeMusic.

Долгожданная презентация революционного аудио процессора X-Fi и линейки плат Sound Blaster X-Fi состоялась 2 августа 2005 года. Название X-Fi расшифровывается как Xtreme Fidelity, что можно перевести как «исключительное качество» (или точность).

Именно исключительности нового чипа разработчики уделяют особое внимание, даже рекламный лозунг звучит как «Xtreme Audio Needs an Xtreme Fidelity Processor!». Всего в семейство X-Fi вошли четыре платы: X-Fi Elite Pro, X-Fi Fatal1ty, X-Fi Platinum и X-Fi XtremeMusic, которые заметно отличаются друг от друга и по возможностям, и по комплектации и, естественно, по цене.

Железо

В первую очередь рассмотрим, что же представляет собой X-Fi на железном уровне. Сердцем Sound Blaster X-Fi служит абсолютно новый чип X-Fi (кодовое название CA20K1-PAG). В отличие от своих предшественников (Live!, Audigy, Audigy2, Audigy4), которые работали, по сути, на основе различных модификаций одного и того же чипа – EMU10K, новый Sound Blaster базируется на действительно уникальном процессоре, разработанном практически с нуля.

Чип X-Fi содержит в себе свыше 51 миллиона транзисторов, по сравнению с которыми 4.6 миллиона у Audigy и 2 миллиона у Live! смотрятся просто ничтожно. При этом производительно X-Fi находится на уровне 10000 MIPS (миллионов инструкций в секунду), что в 24 раза превосходит аналогичный показатель Audigy. Тактовая частота процессора составляет всего 400 МГц, поэтому тепловыделение несущественно и для охлаждения не требуется даже радиатора.

Основу чипа X-Fi составляют пять функциональных блоков (DSP, Mixer, SRC, Filter и Tank), которые делят между собой все вычислительные ресурсы процессора. Для соединения блоков между собой задействована уникальная шина Audio Ring, построенная по топологии кольца. Все необходимые данные для обработки каждый блок получает из кольца, после чего результат возвращает снова в кольцо. Благодаря введению оригинальной внутренней шины процессор в состоянии поддерживать до 4096 внутренних аудиоканалов.

Теперь остановимся подробнее на назначении каждого из блоков. Блок Mixer отвечает за перенаправление сигналов по имеющимся 4096 каналам внутри процессора, помимо этого блок занимается суммированием и масштабированием сигналов.

Блок цифровой обработки сигнала – DSP (Digital Signal Processor) построен по так называемой архитектуре Quartet: он состоит из четырех под процессоров, которые могут работать параллельно, однако за распараллеливание команд должен отвечать компилятор. При этом каждый из под процессоров способен обсчитывать два типа данных: как стереосигнал, так и комплексные числа.

Обязанности блока SRC (Sample Rate Conversation) заключаются в преобразовании частоты дискретизации (самый распространенный пример – 44.1 кГц в 48 кГц). В предыдущих платах Creative с этим были серьезные проблемы, поэтому разработчики уделили особое внимание доведению SRC до ума.

Следующий блок Filter, как можно догадаться из названия, используется для наложения всевозможных стандартных цифровых фильтров (разнообразная обработка пространственного звучания и т.п.).

И последний блок Tank предназначен для создания различных эффектов, основанных на изменении сигнала во времени (реверберация, отражения и т.п.).

Очередное существенное отличие Sound Blaster X-Fi от всех предшественников заключается в том, что новый процессор способен честно, без каких-либо ухищрений, обрабатывать сигнал качества 24 бит/96 кГц и 24 бит/192 кГц.

Чтобы ускорить процесс обработки высококачественного сигнала (192 кГц) применяется довольно интересный фокус: сигнал разделяется на четыре полосы по 48 кГц, каждая из которых обсчитывается отдельно, после чего полосы склеиваются обратно в сигнал с исходной частотой. Такая технология получила название Quadrature Mirror Filter.

Гибкая архитектура

Кстати, одной из основных причин для отказа от дальнейшей модернизации чипа EMU10K послужила его жесткая архитектура. Выше уже упоминалось, что с самого начала новый чип проектировался в Creative для решения трех основных задач: воспроизведение, игры и запись.

Как несложно заметить, данные задачи в корне различаются между собой: например, в играх совершенно не обязательно воспроизведение высококачественного аудио (24/192) или MIDI на аппаратном уровне, а куда важнее окружающие эффекты; многоканальная запись и расширенное взаимодействие с ASIO нужны лишь во время звукозаписи; конвертация стерео в многоканальные форматы в основном используются при воспроизведении музыки.

В итоге, подобных отличий набирается на целый список внушительных размеров, однако если поставить целью в полной мере угодить прихотям всех этих режимов на аппаратном уровне, то созданный по такому принципу чип окажется не только крайне сложным, но и поразительно дорогим.

Здесь на помощь приходит тот факт, что мало кому может прийти в голову пытаться совмещать эти режимы, то есть, к примеру, играть в DOOM 3 и одновременно записывать гитарные партии. Поэтому в идеале для выполнения трех основных задач чип должен уметь оперативно перестаиваться между этими тремя режимами, перераспределяя ресурсы под конкретные нужды. Как раз подобную архитектуру и реализовали в процессоре X-Fi.

Режимы работы называются соответственно Entertainment Mode, Game Mode и Audio Creation Mode, а для переключения режимов вручную используется простая утилита Mode Switcher (конечно, для применения настроек перезагрузки не требуется).

Полный комплект элитного Sound Blaster X-Fi Elite Pro.

Однако не только звуковой процессор играет важную роль при формировании итоговой звуковой картины. Также нельзя недооценивать влияние качества ЦАП (цифро-аналогового преобразователя). Впрочем, с этим у новых плат – полный порядок. На флагманских моделях X-Fi Elite Pro устанавливается четыре двухканальных ЦАП Cirrus Logic CS4398.

Их характеристики находятся на высоком уровне: динамический диапазон – 120 дБ и THD+N -107 дБ. На других X-Fi платах используются ЦАП Cirrus Logic CS4382, немного уступающие по возможностям старшим собратьям: динамический диапазон 114 дБ, THD+N -100 дБ.

Что касается АЦП (аналогово-цифрового преобразователя), то на X-Fi Elite Pro опять же красуется один из лучших – AKM AK5394, динамический диапазон – 123 дБ и THD+N -110 дБ, а вот на внешнем блоке Elite Pro (там собственный АЦП) и на оставшихся платах столь дорогие АЦП уже не позволительны, поэтому им приходится довольствоваться более скромными преобразователями от Texas Instruments и Wolfson.

Технология 24-bit Crystalizer

Скажи, в каком цифровом формате хранится основная часть твоей музыкальной коллекции? Было бы очень удивительно, если бы твоим ответом оказалось DVD-Audio или SACD. На сегодняшний день MP3 в сумме с CD-DA в сотни, если не тысячи раз превосходят по распространенности все другие форматы вместе взятые.

Действительно, приемлемое качество звука при относительно небольшом занимаемом объеме является для большинства потребителей идеальной формулой. Это прекрасно понимают и в Creative, однако создателям Sound Blaster стало обидно, что, несмотря на то, что их платы прекрасно справляются с воспроизведением роскошного 24-битного звука, мало кто пользуется этой возможностью, и все по-прежнему слушают музыку в морально устаревших 16-ти битах.

Поэтому чтобы реализовать 24-битный потенциал X-Fi, была введена интересная технология под названием 24-bit Crystalizer. Ее основное предназначение – попытка существенно улучшить звучание 16-битных записей путем расширения динамического диапазона до уровня 24-битного аудио и применения некоторых хитрых алгоритмов, которые, естественно, являются секретом фирмы.

Как гордо заявляют разработчики технологии, при включении 24-bit Crystalizer, MP3 зазвучат даже круче, чем оригинальные CD. Конечно, на первый взгляд подобные заявления кажутся чем-то из области дешевой научной фантастики. Впрочем, если попытаться немного подробнее разобраться в технологии, то рекламные лозунги перестанут казаться столь беспочвенными.

Как ты знаешь, за каждым компакт-диском кроется своя долгая история – после того, как музыканты запишут материал на студии, но перед тем как он попадет в твой CD-проигрыватель, над записью необходимо провести еще множество операций. Сейчас нас особо интересует процедура мастеринга. Само собой, в студии запись обрабатывается далеко не с 16-битной точностью, и даже не с 24-битной, а чаще всего на уровне 64 бит!

Стоимость используемого оборудования зашкаливает за все разумные пределы, и, конечно же, оно недоступно для простых пользователей – с воспроизведением 64-битного аудио не справится ни одно бытовое устройство. Поэтому на одном из последних этапов запись необходимо оптимизировать под стандартные 16-битные возможности стандарта CD-DA. На самом деле это крайне сложная и кропотливая процедура: обычно каждый инструмент обрабатывается отдельно, а сжатие по большей части идет за счет компрессии динамического диапазона.

Принцип действия 24-bit Crystalizer основывается на том, что «алгоритмы» оптимизации в большинстве случаев одни и те же. А зная примерный способ сжатия, даже несмотря на то, что процедура компрессии необратима, можно постараться угадать, какие «всплески» (низко- и высокочастотные) не удалось втиснуть в ограниченный 16-битный динамический диапазон и попытаться восстановить их, перейдя в расширенный диапазон 24-х бит, и при этом не затрагивая средние частоты.

Конечно, результат будет заметно хуже, чем если провести ремастеринг со студийных источников в 24 бита, но 24-bit Crystalizer изо всех сил стремится к идеалу. Кстати, стоит отметить, что 24-bit Crystalizer функционирует в режиме реального времени.

Впрочем, не менее интересен вопрос, насколько у Creative получилось осуществить задуманное. В целом, по поводу 24-bit Crystalizer единого мнения нет: с одной стороны, слышатся восторженные отзывы, с другой – откровенная критика, но если сравнивать в процентном соотношении, то число удовлетворенных заметно больше.

В принципе, представители Creative честно заявляют, что можно найти записи, с которыми 24-bit Crystalizer справится не идеально, но, в любом случае, при необходимости уровень воздействия эффекта можно отрегулировать или вовсе отключить. Так что, как минимум, в качестве продвинутого динамического эквалайзера 24-bit Crystalizer имеет все права на существование.

Технология CMSS-3D

Помимо 24-bit Crystalizer, субъективно улучшать качество звука призвана еще одна технология – CMSS-3D (Creative Multi Speaker Surround), предыдущая редакция которой уже встречалась на платах Creative. Тогда в ее адрес сыпалось немало конструктивной критики, поэтому в текущую версию внесено внушительное количество различных исправлений и нововведений. Со своей первоначальной обязанностью – разделением стерео на несколько каналов (от четырех до восьми) – CMSS стал справляться на порядок лучше, применяя новые алгоритмы частотного анализа.

Помимо заботы о многоканальных системах не забыты и традиционные стереосистемы и наушники. Для колонок 2.0 доведен до ума виртуальный режим (CMSS-3D Virtual), имитирующий объемное звучание. Подобный режим появился и для наушников (CMMS-3D Headphone), только уровень реализма в нем существенно выше. Конечно, к CMSS по-прежнему есть определенные претензии, но, по сравнению с тем, что было, положительная тенденция налицо.

Технология X-RAM

Также в Creative подготовили немало сладостей для ублажения геймеров всех мастей. На это сделан акцент даже в названии одной из плат – Sound Blaster X-Fi Fatal1ty. В первую очередь, это новая версия EAX – EAX ADVANCED HD 5.0. Среди массы нововведений особо порадовал новый компонент EAX Voice, благодаря которому возгласы, произнесенные в микрофон, будут добавляться к звуковой среде, так что во время многопользовательских сражений появится возможность полноценно переговариваться.

Между прочим, для геймеров помимо качественного окружающего звука чуть ли не большее значение имеет другой параметр – FPS. Если ради звуковых нужд будет заметно загружаться процессор (как это происходит в случае встроенного звука), а также отъедаться оперативная память, такой расклад мало кому сможет понравиться.

Для решения этой проблемы на двух старших платах семейства X-Fi (Elite Pro и Fatal1ty) задействована очередная уникальная технология – X-RAM (Xtreme Fidelity RAM). Название недвусмысленно намекает, что тут мы имеем дело с полноценной набортной памятью SDRAM, объем которой составляет 64 Мб. Основное предназначение X-RAM – кэширование звуков, необходимых для игровых приложений.

А это, в свою очередь, позволяет без нужды не занимать основную оперативную память, спокойно использовать семплы повышенного качества, к тому же при работе с семплами в сжатых форматах (MP3, OGG) распаковывать их не в реальном времени, а еще на этапе загрузки соответствующего уровня игры, тем самым, освобождая процессор для других задач.

В условиях реальной игры, при грамотном использовании X-RAM и остальных возможностей X-Fi, общая производительность может возрасти на 20-25 процентов. Конечно, для раскрытия всего потенциала X-Fi необходимо, чтобы разработчики игр в полной мере руководствовались OpenAL SDK.

К сожалению, таких игр пока не так много, но среди них много блокбастеров первой величины: DOOM 3 (1.3), Quake 4, Unreal Tournament 2004 (X-Fi Edition), Battlefield 2, F.E.A.R. и некоторые другие. Кстати, младшие платы (Platinum и XtremeMusic) лишены X-RAM полностью – единственное, что там имеется, так это кэш на 2 Мб, да и то, специально для DSP.

Выводы

Если обобщить все вышесказанное, вывод будет довольно простым – революция совершилась! Звуковой процессор с потрясающими возможностями и внушительным заделом на будущее, качественное железо, масса уникальных технологий (из которых только основные попали в сегодняшний обзор) – все говорит о том, что перед нами первый важный прорыв в компьютерном звуке со времен выхода Sound Blaster Live!

Оцените статью
GPS