Ce este placa de sunet? Tipuri si caracteristici

O placa de sunet (cunoscuta si ca placa audio) este o placa de expansiune interna care ofera intrare si iesire a semnalelor audio catre si de la un computer sub controlul programelor de calculator. Termenul de placa de sunet se aplica si interfetelor audio externe utilizate pentru aplicatii audio profesionale.

Functionalitatea sunetului poate fi integrata si pe placa de baza, folosind componente similare cu cele gasite pe placile plug-in. Sistemul de sunet integrat este adesea denumit in continuare o placa de sunet. Hardware de procesare a sunetului este prezent si pe placile video moderne cu HDMI pentru a scoate sunetul impreuna cu video folosind acel conector; anterior foloseau o conexiune S/PDIF la placa de baza sau placa de sunet.

Utilizarile tipice ale placilor de sunet sau ale functionalitatii placii de sunet includ furnizarea componentei audio pentru aplicatii multimedia, cum ar fi compozitia muzicala, editarea video sau audio, prezentarea, educatia si divertismentul (jocuri) si proiectia video. Placile de sunet sunt, de asemenea, folosite pentru comunicatii bazate pe computer, cum ar fi vocea prin IP si teleconferinte.

Caracteristici generale

Placile de sunet utilizeaza un convertor digital-analogic (DAC), care converteste datele inregistrate sau generate de semnal digital intr-un format analog. Semnalul de iesire este conectat la un amplificator, casti sau dispozitiv extern folosind interconexiuni standard, cum ar fi un conector pentru telefon TRS.

Un conector extern comun este conectorul microfonului. Intrarea printr-un conector de microfon poate fi utilizata, de exemplu, pentru recunoasterea vorbirii sau pentru aplicatii voce over IP. Majoritatea placilor de sunet au un conector de intrare pentru o intrare analogica de la o sursa de sunet care are niveluri de tensiune mai mari decat un microfon. In ambele cazuri, placa de sunet foloseste un convertor analog-digital pentru a digititaliza acest semnal.

Unele carduri includ un cip de sunet pentru a sprijini producerea de sunete sintetizate, de obicei pentru generarea in timp real de muzica si efecte sonore folosind date minime de prelucrare pentru CPU.

Cardul poate utiliza acces direct la memorie pentru a transfera mostrele in si din memoria principala, de unde un software de inregistrare si redare le poate citi si scrie pe hard disk pentru stocare, editare sau procesare ulterioara.

Canale de sunet si polifonie

O caracteristica importanta a placii de sunet este polifonia, care se refera la capacitatea sa de a procesa si a scoate mai multe voci sau sunete independente simultan. Aceste canale distincte sunt vazute ca numar de iesiri audio, care poate corespunde unei configuratii de difuzor, cum ar fi 2.0 (stereo), 2.1 (stereo si subwoofer), 5.1 (surround) sau alte configuratii. Uneori, termenii voce si canal sunt folositi interschimbabil pentru a indica gradul de polifonie, nu configuratia difuzorului de iesire.

De exemplu, cipurile de sunet mult mai vechi ar putea gazdui trei voci, dar doar un canal audio de iesire (adica o singura iesire mono), necesitand amestecarea tuturor vocilor impreuna. Cardurile ulterioare, cum ar fi placa de sunet AdLib, aveau o polifonie cu 9 voci, combinata intr-un canal de iesire mono.

 

Primele placi de sunet pentru PC aveau mai multe voci de sinteza FM (de obicei 9 sau 16) care erau folosite pentru muzica MIDI. Capacitatile complete ale cardurilor avansate nu sunt adesea utilizate pe deplin; doar una (mono) sau doua (stereo) voci si canale sunt de obicei dedicate redarii mostrelor de sunet digital, iar redarea a mai mult de un esantion de sunet digital, necesita de obicei un downmix software la o rata de esantionare fixa.

Placile de sunet integrate moderne cu costuri reduse (adica cele incorporate in placile de baza), cum ar fi codecuri audio care indeplinesc standardul AC’97 si chiar si unele placi de sunet de expansiune cu costuri mai mici, inca functioneaza in acest fel. Aceste dispozitive pot furniza mai mult de doua canale de iesire a sunetului (de obicei sunet surround 5.1 sau 7.1), dar nu au polifonie hardware reala nici pentru efectele sonore, nici pentru reproducerea MIDI – aceste sarcini sunt efectuate in intregime in software.

Acest lucru este similar cu modul in care softmodem-urile ieftine efectueaza sarcini de modem in software, mai degraba decat in ​​hardware.

In primele zile ale sintezei wavetable, unii producatori de placi de sunet faceau publicitate polifoniei numai pe capacitatile MIDI. In acest caz, de obicei, placa este capabila doar de doua canale de sunet digital, iar specificatia de polifonie se aplica numai numarului de instrumente MIDI pe care placa de sunet este capabila sa le produca simultan.

Placile de sunet moderne pot oferi capabilitati de accelerare audio mai flexibile, care pot fi utilizate in sprijinul unor niveluri mai inalte de polifonie sau in alte scopuri, cum ar fi accelerarea hardware a sunetului 3D, sunetul pozitional si efectele DSP in timp real.

Adoptarea in industrie

Cand compania de jocuri Sierra On-Line a optat sa accepte hardware muzical suplimentar pe langa hardware-ul incorporat, cum ar fi difuzorul PC-ului si capabilitatile de sunet incorporate ale IBM PCjr si Tandy 1000, tot ce se putea face cu sunetul si muzica de pe PC-ul IBM, s-a schimbat dramatic. Doua dintre companiile cu care a parteneriat Sierra au fost Roland si AdLib, optand pentru a produce muzica in joc pentru King’s Quest 4, care a sustinut MT-32 si AdLib Music Synthesizer.

MT-32 a avut o calitate superioara a iesirii, datorita in parte metodei sale de sinteza a sunetului, precum si reverbului incorporat. Deoarece era cel mai sofisticat sintetizator pe care l-au acceptat, Sierra a ales sa foloseasca majoritatea caracteristicilor personalizate ale MT-32 si patch-urile instrumentelor neconventionale, producand efecte sonore de fundal (de exemplu, ciripit de pasari, copite de cai care alearga, etc.).

Multe companii de jocuri au sustinut si MT-32, dar au folosit cardul Adlib ca alternativa din cauza bazei de piata mai mari a acestuia din urma. Adoptarea MT-32 a deschis calea pentru crearea standardelor MPU-401, Roland Sound Canvas si General MIDI ca mijloc comun de redare a muzicii in jocuri pana la mijlocul anilor 1990.

Evolutia caracteristicilor

Primele placi de sunet pe bus ISA erau semi-duplex, ceea ce inseamna ca nu puteau inregistra si reda sunetul digitalizat simultan. Mai tarziu, cardurile ISA precum seria SoundBlaster AWE si clonele Plug-and-play Soundblaster au acceptat inregistrarea si redarea simultana, dar in detrimentul utilizarii a doua canale IRQ si DMA in loc de unul. Cardurile PCI conventionale nu au, in general, aceste limitari si sunt in mare parte full-duplex.

Placile de sunet au evoluat in ceea ce priveste rata de esantionare audio digitala (incepand de la 8 biti 11025 Hz, pana la 32 de biti, 192 kHz pe care le suporta cele mai recente solutii). Pe parcurs, unele placi au inceput sa ofere sinteza wavetable, care ofera o calitate superioara a sintezei MIDI fata de solutiile anterioare bazate pe Yamaha OPL, care utilizeaza sinteza FM. Unele placi de ultima generatie si-au introdus propria memorie RAM si procesor pentru mostre de sunet definibile de utilizator si instrumente MIDI.

Cu unele exceptii, ani de zile placile de sunet – in special seria Sound Blaster si compatibilele lor, au avut doar unul sau doua canale de sunet digital. Jocurile timpurii si jucatorii MOD care aveau nevoie de mai multe canale decat putea suporta o placa audio din acele vremuri, au trebuit sa recurga la amestecarea mai multor canale in software. Chiar si astazi, tendinta este inca de a amesteca mai multe fluxuri de sunet in software, cu exceptia produselor destinate special jucatorilor sau muzicienilor profesionisti.

Iesiri

Numarul de canale fizice de sunet a crescut si el. Primele solutii pentru placi de sunet au fost mono. Sunetul stereo a fost introdus la inceputul anilor 1980, iar sunetul quadrafonic a venit in 1989. Acesta a fost urmat la scurt timp de audio pe 5.1 canale. Cele mai recente placi de sunet accepta pana la 8 canale audio pentru configurarea difuzoarelor – sunet 7.1.

Cateva placi de sunet timpurii aveau suficienta putere pentru a conduce direct difuzoarele nealimentate – de exemplu, doi wati per canal. Odata cu popularitatea difuzoarelor amplificate, placile de sunet nu mai au o treapta de putere, desi in multe cazuri pot conduce in mod adecvat castile.

Placi de sunet profesionale (interfete audio)

Placile de sunet profesionale sunt placi de sunet speciale optimizate pentru inregistrarea si redarea sunetului multicanal cu latenta scazuta, inclusiv pentru fidelitate de studio. Driverele lor urmeaza, de obicei, protocolul de intrare/iesire a fluxului audio pentru utilizare cu software-ul profesional de inginerie a sunetului si muzica, desi driverele ASIO sunt, de asemenea, disponibile pentru o serie de placi de sunet de calitate non-profesionale, pentru consumatorii comuni.

Interfetele audio profesionale au adesea intrari standard in industrie pe langa audio analogic, in acest caz ADAT, TDIF si S/PDIF.

Placile de sunet profesionale sunt de obicei descrise ca „interfete audio” si uneori au forma unor unitati externe montabile pe rack, folosind USB, FireWire sau o interfata optica, pentru a oferi rate rapide de transfer al datelor. Accentul in aceste produse este, in general, pe conectorii multipli de intrare si iesire, suport hardware direct pentru mai multe canale de sunet de intrare si iesire, precum si rate de esantionare si fidelitate mai mari, in comparatie cu placa de sunet obisnuita pentru consumatori.

In aceasta privinta, rolul si scopul lor este mai asemanator cu un inregistrator de date multicanal specializat si cu un mixer si procesor audio in timp real, roluri care sunt posibile doar intr-o masura limitata cu placile de sunet tipice pentru consumatori.

Pe de alta parte, anumite caracteristici ale placilor de sunet pentru consumatori, cum ar fi suportul pentru extensii audio de mediu (EAX), optimizarea pentru accelerarea hardware in jocurile video sau efectele de ambianta in timp real sunt secundare, inexistente sau chiar nedorite in placile de sunet profesionale si prin urmare, astfel de interfete audio profesionale, nu sunt recomandate pentru utilizatorul casnic tipic care doreste doar sa se joace si sa asculte muzica.

Placa de sunet tipica „de calitate pentru consumator” este destinata pentru scopuri generice acasa, la birou si de divertisment, cu accent pe redare si utilizare ocazionala, mai degraba decat sa satisfaca nevoile profesionistilor audio. Ca raspuns la aceasta, Steinberg (creatorii software-ului de inregistrare si secventiere audio, Cubase si Nuendo) au dezvoltat un protocol care specifica gestionarea mai multor intrari si iesiri audio.

In general, placile de sunet pentru consumator impun mai multe restrictii si inconveniente care ar fi inacceptabile pentru un profesionist audio. Unul dintre scopurile unei placi de sunet moderne este de a oferi un convertor analog-digital (convertor ADC, AD) si un convertor digital-analogic (convertor DAC, DA). Cu toate acestea, in aplicatiile profesionale, de obicei este nevoie de capacitati de conversie imbunatatite de inregistrare (analog in digital).

Una dintre limitarile placilor de sunet pentru consumatori este latenta lor de esantionare relativ mare; acesta este timpul necesar pentru ca AD Converter sa finalizeze conversia unei mostre de sunet si sa o transfere in memoria principala a computerului.

Placile de sunet pentru consumatori sunt, de asemenea, limitate in ratele efective de esantionare si adancimea de biti pe care le pot gestiona efectiv si au un numar mai mic de canale de intrare, care sunt mai putin flexibile: utilizarea inregistrarilor profesionale in studio necesita de obicei mai mult decat cele doua canale pe care placile de sunet pentru consumatori le furnizeaza si dispun de conectori mai accesibili, spre deosebire de amestecul variabil de conectori interni – si uneori virtuali – si externi care se gasesc in placile de sunet pentru consumatori.

Hardware de sunet integrat pe placile de baza ale PC-urilor

La sfarsitul anilor 1990, multi producatori de computere au inceput sa inlocuiasca placile de sunet plug-in cu un cip „codec” (de fapt un convertor audio AD/DA combinat) integrat in placa de baza. Multe dintre acestea au folosit specificatia Intel AC’97. In jurul anului 2001, multe placi de baza au incorporat placi de sunet „reale” (non-codec) integrate, de obicei sub forma unui chipset personalizat, ceva asemanator cu solutia Sound Blaster, oferind un sunet de calitate relativ inalta.

Cu toate acestea, aceste caracteristici au fost abandonate cand AC’97 a fost inlocuit de standardul Intel HD Audio, care a fost lansat in 2004, si care a specificat din nou utilizarea unui codec, devenind incet acceptat si folosit pe scara larga. Incepand cu 2011, majoritatea placilor de baza au revenit la utilizarea unui codec, desi unul compatibil HD Audio, iar cerinta de compatibilitate cu Sound Blaster a fost abandonata.

Placi de sunet USB

„Cardurile” de sunet USB sunt dispozitive externe care se conecteaza la computer prin interfata USB. Ele sunt adesea folosite in studiouri si pe scena de muzicieni profesionisti, inclusiv interpreti live PA si DJ. DJ-ii care folosesc software DJ folosesc de obicei placi de sunet integrate in controlere DJ sau placi de sunet DJ specializate. Placile de sunet pentru DJ au uneori intrari cu preamplificatoare fono pentru a permite conectarea platanelor la computer.

Specificatia USB defineste o interfata standard, clasa de dispozitiv audio USB, permitand unui singur driver sa lucreze cu diferitele dispozitive si interfete de sunet USB de pe piata. Mac OS X, Windows si Linux accepta acest standard. Cu toate acestea, multe placi de sunet USB nu sunt conforme cu standardul si necesita drivere proprietare de la producator.

O interfata audio USB poate descrie, de asemenea, un dispozitiv care permite unui computer care are o placa de sunet, dar nu are o priza audio standard, sa fie conectat la un dispozitiv extern care necesita o astfel de priza, prin mufa sa USB.