Werble z komputera

Wirtualna orkiestra symfoniczna? To zadanie, któremu sprosta niejedna popularna karta dźwiękowa.

Wirtualna orkiestra symfoniczna? To zadanie, któremu sprosta niejedna popularna karta dźwiękowa.

Przeglądając oferty sklepów komputerowych, łatwo się pogubić w obfitości kart dźwiękowych. Tym łatwiej, że wiele z nich, zwłaszcza najtańszych, jest bardzo słabo opisanych. Ich parametry są czasami zagadką dla samych sprzedawców. Czy jednak poszczególne modele znacząco różnią się od siebie? Wśród profesjonalnych kart różnice są ważne, choć często subtelne, ale dla kart popularnych stosunkowo łatwo zdefiniować standard, którego trzyma się większość producentów.

Wygląda na to, że w ewolucji kart dźwiękowych nastąpiła stagnacja. Producenci nie pokazują nowych rozwiązań, a jedynie udoskonalają już istniejące. Pojawiają się coraz bardziej dopracowane sterowniki, do kart dołączane są bogate pakiety oprogramowania, a ewentualne modyfikacje konstrukcyjne nie wymagają głębokiej ingerencji w strukturę karty (np. dodanie dekodera Dolby Digital).

Duże nadzieje wiąże się z układem, który ma zastąpić wysłużony już EMU10K, stosowany w kartach z rodziny Sound Blaster Live! Pierwsze karty z nowym układem powinny się pojawić jesienią tego roku. Według nieoficjalnych informacji, wyposażone będą m.in. w złącze FireWire, pozwalające błyskawicznie przesyłać dane muzyczne np. do odtwarzaczy MP3.

Anatomia karty dźwiękowej

Od rozdzielczości przetwornika i maksymalnej częstotliwości próbkowania zależy poziom zniekształceń wprowadzanych do sygnału przez przetwornik AC. Poziome niebieskie linie oznaczają rozdzielczość próbkowania a pionowe jego częstotliwość. Zielona sinusoida to orginalny sygnał dźwiękowy, zaś czerwona pokazuje zniekształcenia wprowadzone podczas próbkowania.

Od rozdzielczości przetwornika i maksymalnej częstotliwości próbkowania zależy poziom zniekształceń wprowadzanych do sygnału przez przetwornik AC. Poziome niebieskie linie oznaczają rozdzielczość próbkowania a pionowe jego częstotliwość. Zielona sinusoida to orginalny sygnał dźwiękowy, zaś czerwona pokazuje zniekształcenia wprowadzone podczas próbkowania.

Podstawowym elementem każdej karty dźwiękowej są dwa przetworniki: cyfrowo-analogowy (CA), odpowiedzialny za zamianę cyfrowych plików na dźwięk, oraz analogowo-cyfrowy (AC), przekształcający dźwięk na postać cyfrową.

W większości popularnych kart dźwiękowych obydwa przetworniki zintegrowane są w jednym układzie. Oddzielnie spotyka się je tylko w kartach przeznaczonych do zastosowań półprofesjonalnych i profesjonalnych.

Jakość przetworników charakteryzują dwa parametry: rozdzielczość określana w bitach oraz maksymalna częstotliwość próbkowania.

Rozdzielczość przetwornika oznacza liczbę bitów, które służą do zapisania pojedynczej próbki powstającej podczas kwantyzacji (samplowania). Oczywiście, im wyższa rozdzielczość, tym dokładniej można opisać dźwięk. Stare karty dźwiękowe wykorzystywały przetworniki 8-bitowe, które nie dawały jednak dźwięku o zadowalającej jakości. Obecnie stosuje się najczęściej przetworniki 16-bitowe, takie same jak w odtwarzaczach płyt CD. Karty do zastosowań profesjonalnych mogą być wyposażone w przetworniki 24- lub 32-bitowe, ale te imponujące parametry nie będą miały znaczenia, jeśli komputer jest wykorzystywany np. do gier, a nie do komponowania i obróbki muzyki.

Z rozdzielczością przetwornika wiąże się zagadnienie odstępu sygnału od szumu (oznaczanego jako SNR - Signal/Noise Ratio). SNR to stosunek maksymalnego natężenia dźwięku, możliwego do odtworzenia bez wyraźnych zniekształceń, do poziomu szumów obecnych podczas odtwarzania. Jeśli wynosi mniej niż 40 dB, wówczas szumy będą słyszalne praktycznie przez cały czas. Gdy oscyluje na poziomie 55-60 dB, wówczas szumy będą słyszalne podczas cichych fragmentów nagrania. W wypadku sprzętu klasy hi-fi wartość tego parametru powinna wynosić 85 dB. Osoby ze szczególnie wrażliwym słuchem w nagraniu odtwarzanym w idealnych warunkach potrafią wychwycić szumy nawet przy SNR wynoszącym 96 dB.

W wypadku kart 16-bitowych odstęp sygnału od szumu wynosi teoretycznie 97 dB, a w praktyce jest wyraźnie mniejszy. Budowa komputera nie sprzyja generowaniu wysokiej jakości dźwięku - wiele zegarów taktowanych z wysoką częstotliwością, liczne wiatraki - wszystkie te elementy wprowadzają zakłócenia. Dlatego SNR popularnych kart wynosi około 70 dB. Wyższymi parametrami mogą się pochwalić karty, w których przetworniki AC/CA zostały przeniesione poza obudowę komputera, do zewnętrznych modułów.

Bardziej zaawansowane karty dźwiękowe mają bogaty zestaw wejść i wyjść. Na dolnym śledziu umieszczono wejścia analogowe, na górnym cyfrowe.

Bardziej zaawansowane karty dźwiękowe mają bogaty zestaw wejść i wyjść. Na dolnym śledziu umieszczono wejścia analogowe, na górnym cyfrowe.

Częstotliwość próbkowania - drugi z wymienionych parametrów - informuje, ile razy w ciągu sekundy dźwięk zostanie poddany kwantyzacji (w przypadku nagrywania) lub przybliżony (w przypadku odtwarzania). Prosta zasada mówi, że wierność sygnału wymaga próbkowania z częstotliwością dwukrotnie większą niż górna granica pasma słyszalnego przez człowieka. Przyjmując za górną granicę 20 kHz, otrzymamy częstotliwość próbkowania na poziomie 40 kHz. W rzeczywistości stosuje się 44,1 kHz (standard CD) lub 48 kHz. Druga ze wspomnianych wartości to obecnie standard w popularnych kartach dźwiękowych, co ma znaczenie o tyle, że dźwięk próbkowany z taką częstotliwością nagrywany jest np. na płytach DVD. Jeśli wykorzystuje się komputer do ich odtwarzania, a karta nie potrafi pracować z częstotliwością próbkowania 48 kHz, trzeba przekonwertować dźwięk na format 44,1 kHz, co pogorszy jego jakość.

Drugi istotny element karty to układ odpowiedzialny za syntezę dźwięków. Wprawdzie większości graczy jest raczej obojętne, jaką technikę syntezy wykorzystuje ich karta (współczesne gry coraz rzadziej wykorzystują MIDI), ale ta informacja ma bardzo duże znaczenie dla muzyków.

Synteza jest potrzebna do przetworzenia muzyki zapisanej w standardzie MIDI na dźwięki. MIDI można porównać do zapisu nutowego, a kartę dźwiękową do instrumentu muzycznego. Ten sam plik w formacie MIDI będzie brzmiał inaczej w zależności od techniki syntezy, którą wykorzystuje dana karta.

Najprostsza technika syntezy, oznaczona skrótem FM (od ang. Frequency Modulation), sprowadza się do nałożenia na siebie co najmniej dwóch fal dźwiękowych o określonych obwiedniach, np. dwóch sinusoid. Generowaniem fal dźwiękowych zajmują się oscylatory. Jedna z fal stanowi nośną, druga to modulator nakładany na falę nośną. Rodzaj dźwięku zależy od parametrów fal (ich kształtu i częstotliwości). Za pomocą dwóch fal nie da się jednak wiernie opisać brzmienia instrumentów muzycznych. Rozwiązaniem mogłoby być wykorzystanie liczby fal, jednak w tym przypadku trudno przewidzieć efekt ich nałożenia się na siebie. Karty dźwiękowe produkowane na początku lat 90. powszechnie wykorzystywały syntezę FM, często w najprostszej wersji, w której generowano tylko dwie fale (tak działały np. słynne układy OPL2 Yamahy).

Nawet najtańsze karty dźwiękowe (na zdjęciu MiNt 3D PCI za 47 zł) obsługują cztery głośniki.

Nawet najtańsze karty dźwiękowe (na zdjęciu MiNt 3D PCI za 47 zł) obsługują cztery głośniki.

Znacznie lepszym rozwiązaniem jest synteza dźwięku wykorzystująca bardzo krótkie próbki autentycznych nagrań poszczególnych instrumentów, zapisane w pamięci karty dźwiękowej bądź komputera. Mowa, oczywiście, o syntezie wavetable. Dzięki wykorzystaniu próbek instrumentów możliwe jest realistyczne oddanie ich brzmienia. Karta dźwiękowa zajmuje się dostosowaniem danej próbki do sytuacji - zmienia wysokość dźwięków, dopasowuje głośność, wycisza. Jakość dźwięku generowanego przez kartę zależy w tym przypadku w znacznej mierze od jakości wykorzystywanych próbek i od ich liczby. Optymalnym rozwiązaniem jest karta dźwiękowa, która ma własną pamięć próbek, najlepiej rozszerzaną za pomocą tanich, standardowych modułów pamięci.


Zobacz również