ZVOČNA KARTICA

POVZETEK

Dandanes je že povsem samoumevno, da naš računalnik vsebuje tudi zvočno kartico. Vse bolj se uveljavlja standard, da je zvočna kartica že integrirana na matični plošči, saj tako kupcu predstavlja eno skrb manj. Tako je izbira zvočne kartice prepuščena izdelovalcu matične plošče. Kdor se pa odloča za nakup zvočne kartice mora poznati vsaj nekaj značilnosti zvočnih kartic.

KLJUČNE BESEDE

Zvočna kartica, Sound cardIntegrirana kartica, notranja kartica, zunanja karticaNačin priklopa (PCI, USB, FW, PCI-E, ExpressCard)Konektorji (TRS, Cinch, XLR, ADAT, MADI, MIDI, SPDIF)DSP (Digital Sound Processor), AD/DA (Analog-Digital / Digital-Analog)ASIO, CoreAudio, GSIF, WDM, DirectSound

2

KAZALO:

1. UVOD..................................................................................................................................4

2. KAJ JE ZVOČNA KARTICA............................................................................................5

3. ZGODOVINA ZVOČNIH KARTIC..................................................................................6

4. ZASNOVA..........................................................................................................................9

5. INTEGRIRANA, NOTRANJA IN ZUNANJA ZVOČNA KARTICA............................10

5.1 INTEGRIRANA ZVOČNA KARTICA....................................................................10

5.2 NOTRANJA ZVOČNA KARTICA..........................................................................11

5.3 ZUNANJA ZVOČNA KARTICA.............................................................................12

6. VRSTE PRIKLOPA..........................................................................................................13

6.1 PRIKLOP NOTRANJE ZVOČNE KARTICE..........................................................13

6.2 PRIKLOP ZUNANJE ZVOČNE KARTICE.............................................................13

7. VHODNO-IZHODNI KONEKTORJI..............................................................................14

7.1 ANALOGNI KONEKTORJI.....................................................................................14

7.2 DIGITALNI KONEKTORJI......................................................................................14

8. DSP ZA AD/DA................................................................................................................16

9. ZNAČILNOSTI.................................................................................................................16

9.1 PROTOKOL ZA DELOVANJE ZVOČNIH KARTIC.............................................16

9.2 NAPAJANJE..............................................................................................................17

10. ZAKLJUČEK................................................................................................................18

11. VIRI...............................................................................................................................19

3

1. UVOD

V svetu multimedije se zvočna kartica smatra kot eden izmed najpomembnejših sestavnih delov računalnika. Tako ob dandanašnji poplavi tehnologije nimamo skrbi, da ne bi našli tudi primerne zvočne enote za naše potrebe.

Zvočna kartica ostaja povsem samosvoja izbira računalniške komponente, katera se odraža na naše potrebe, zahteve ter seveda premoženje. Kljub temu, da digitalna audio tehnologija ni včerajšnji pojav, saj se na trgu pojavlja od prve zvočne kartice, ki se jo lahko tako poimenuje v letu 1987, pa kasneje v prvem digitalnem zapisovalniku ADAT, po katerem je še danes poimenovan en izmed najbolj pomembnejših audio prenosnem protokolu iz leta 1991 pa ostaja izredno audio tehnologija izredno drag hobi.

S tem imamo na tržišču zvočne kartice za povsem navadnega uporabnika, katerega zahteve so minimalne (ponavadi stereo predvajanje glasbe), do igričarskih kartic z Dolby Surround podporo. Kdor se pa z audiem ukvarja resneje, posega po bolj zmogljivejših, predvsem pa kvalitetnejših kartah. Najpogosteje so to glasbeni studiji katerih proračun glede na potrebe ni majhen, tega pa se držijo tudi proizvajalci zvočnih kartic.Največji problem ostaja v softverskem okolju, predvsem zaradi routinga kanalov ter latence. Latenca pa postaja tudi hardverski problem, katero se zmanjšuje z izredno dragimi AD/DA (analog to digital / digital to analog) pretvorniki, katerim se cena za nekaj mikrosekund zviša tudi za nekaj tisoč eurov.

V zadnjem času postajajo vse bolj priljubljene zunanje zvočne karte, ki se lahko tudi glede hitrosti in prenosa podatkov že primerjajo z notranjimi, hkrati pa z njmi ni težav pri prenosnih računalnikih. Zaradi neomejene velikosti omogočajo večje število konektorjev, ena največjih prednosti pa je precej manjši Noise ratio, kateri določa mero šuma, ki ga elektronsko vezje povzroča. Glede šuma so zagotovo na najslabšem mestu integrirane zvočne, katerim se preko matične dovaja praktično ves brum računalnika. Njihova največja prednost je običajno majhna latenca, s katero se ponašajo tudi PCI zvočne. PCI zvočne postajajo neka vmesna mera za „dobro zvočno kartico“. Imajo majhnen zakasnilni čas, hkrati pa so nekoliko odmaknjene od glavnega mosta, torej niso toliko izpostavljene šumu. Vse bolj so v navadi kombinacija notranje zvočne z zunanjim modulom, kar omogoča majhno latenco zaradi PCI priklopa ter minimalen šum zaradi zunanje enote.

Izbira prave zvočne kartice pa na koncu ostaja v rokah operacijskega sistema. Največ protokolov imajo MS Windowsi, pomemben podatek pa je, če smo lastniki Applovega računalnika, kateri podpira le svoj CoreAudio protokol in nobenega drugega.

4

2. KAJ JE ZVOČNA KARTICA

Zvočna kartica je razširitvena kartica, ki se večinoma uporablja v osebnih računalnikih ali v računalniških sistemih za zvočno produkcijo. Dandanes jo sicer dobimo že vgrajeno na naši matični plošči, a za ljubitelje glasbe slednja ne bo dovolj. Njen namen je predvajanje zvoka, za kar pa potrebujemo še izhodno napravo. V zvočno kartico lahko priključimo zvočnike, slušalke ali pa celo ojačevalec oziroma HI-FI sistem. Sodobne zvočne kartice imajo tudi vhod za mikrofon, kar pomeni, da so omogočajo tudi zajemanja zvoka.

Slika 1: Zvočna kartica z možnimi priklopi

5

3. ZGODOVINA ZVOČNIH KARTIC

Torej vse skupaj se je začelo nekje med letoma 1981 in 1982, ko so na tržišču pojavili prvi osebni računalniki podjetja IBM. Ti računalniški sistemi, so imeli vgrajen sistemski zvočnik in integrirano vezje, ki sta omogočala iztisniti le en pisk na enkrat, je pa ta lahko pisknil na različnih frekvencah.

Leta 1983 je podjetje IBM predstavil dva nova modela PC Junior, z okrajšavo PCjr, in Tandy 1000, ki je bil praktično njegov klon. Izboljšava na področju zvoka je bil troglasni zvočni čip, ki je lahko piskal s tremi različnimi frekvencami naenkrat, imel je še kontrolo glasnosti in generator šuma. Z novo pridobitvijo, so lahko uporabniki iztisnili približno dober zvok, saj čip ni dobro deloval na nizkih frekvencah.

Z letom 1984 so na tržišče prišli novi računalniki in z njimi tudi Music Construction Set, program s katerim so lahko uporabniki sami sestavljali glasbo oziroma akorde v tako imenovanem »primi spusti« načinu. Nekateri računalniki so dobili tudi štiriglasne zvokovne čipe.

Slika 2: Music Construction Set

Po letu 1984 je na področju računalniškega zvoka nastalo krajše zatišje, ki je trajalo vse do leta 1986. Tistega leta je podjetje Mindscape predstavilo svoj novi program imenovan Bank Street Music Writer. Program je bil namenjen IBM-ovim računalnikom in sicer PCjr-u ali njegovim naslednikom. Sicer pa so ga lahko uporabljali tudi ostali uporabniki, ki so za to morali kupiti še temu namenjeno razširitveno kartico, ki so jo poimenovali Mindscape Music Board. Ta kartica je bila novost na tem področju, saj je znala predvajati šest frekvenc istočasno. Novost je bila tudi ta, da je bila sposobna generirati sinusni signal, ki ga prejšnje kartice niso znale. Namreč, generirale so digitalni oziroma kvadraten signal. Toda vsaka dobra stvar ima tudi kakšno slabo lastnost. In tako je bilo tudi tukaj. In sicer, cena, ki je

6

dosegala vrtoglavih 110 dolarjev. Istega leta je nastal tudi produkt imenovan Speech Thing, podjetja Covox. Govoreč stvor, kot so jo poimenovali razvijalci, je bil nič drugega kot zunanji digitalno-analogni pretvornik, ki je bil z računalnikom povezan preko paralelnega porta.

Pisalo se je leto 1987, leto ko je na tržišče prišla prva prava zvočna kartica – Adlib.Ta zvočna kartica, ki jo ljubitelji glasbe in računalništva še danes občudujejo, je za svoje delovanje uporabljala Yamahin frekvenčno modularni čip OPL2, ki imela dva oscilatorja. Čip je bil zmožen iz sebe iztisniti do devetih melodičnih zvokov ali šest melodičnih zvokov in pet ritmičnih zvokov naenkrat. S to zvočno kartico je bilo možno predvajati zelo kakovosten zvok.

Slika 3: AdLib zvočna kartica

V naslednjem letu, je na tržišče prišla prva zvočna kartica Game Blaster, podjetja Creative Labs, takrat imenovanega še Creative Music Systems. Njene specifikacije niso bile tako slabe kot njena sama kvaliteta, ki je bila očitno slabša od AdLibove zvočne kartice. Game Blaster je ponujala bila zmožna predvajati dvanajst različnih frekvenc istočasno, in to v sinusni obliki. Napredek je bil tudi v tem, da je imela možnost stereo predvajanja.Okoli tega leta, se je v računalništvu prvič pojavila tudi digitalizacija zvoka. Digitalni zvok so nekatere zvočne kartice takrat že bile sposobne predvajati. Seveda pa so se na tržišču znašle tudi prve igre, ki so uporabljale digitalni zvok.

7

Konkurenca na trgu zvočnih kartic je bila vse močnejša. Leta 1989, pa jo je še močnejšo naredila zvočna kartica podjetja Roland, z oznako LAPC-I. Toda ni bila edina. Na tržišče je prišla povsem nova kartica podjetja Creative Labs. To je bil prvi Sound Blaster, danes najverjetneje naj prepoznavnejša zvočna kartica po vsem svetu. Sound Blaster je bil pravzaprav klon AdLibove zvočne kartice, saj sta imeli enake skoraj vse komponente. Toda Roland, je bila razred zase. Že samo na pogled je veličastna. Ta velikanka je se je lahko pobahala z devetimi MIDI kanali, 32 polifoničnimi notami in 256 pred nastavljenimi inštrumenti, ki so bili preprogramirljivi.

Slika 4: Roland LAPC-I

V devetdesetih letih se je stanje na trgu zvočnih kartic nekoliko umirilo, a razvoj še vedno ni zamrlo. Težava je nastala, ko so vsa večja podjetja in korporacije, ki so se tako ali drugače ukvarjale z zvokom, začele izdelovati izdelke, ki so bili kompatibilni le z Sound Blasterjevimi zvočnimi karticami. Tako se je začel monopol Creative Labsa. Kakorkoli, kot sem že omenil, so se zvočne kartice vseeno razvijale in tako smo v letu 1991 dobili prvo 16 bitno zvočno kartico, Sound Blaster Pro, CT1330. Pred tem namreč 16 bitnih kartic ni bilo, temveč so bile na tržišču zgolj 8 bitne. Do leta 1998 so bile razširitve zvočnih kartic možne preko ISA ali MCA priključka. Slednjega so ukinili okrog leta 1992. Od leta 1998, pa zvočne kartice uporabljajo PCI priključek.

Nekje proti koncu devetdesetih let, so se na tržišču pojavile tudi prve zvočne kartice, ki so podpirale sistemski prostorski zvok, danes poznan kot 2.1, 5.1, 7.1.

Enaindvajseto stoletje se na področju zvoka zaenkrat nima še kaj dosti pohvaliti, razen s tem, da smo v večini prešli na 24 bitne zvočne kartice in, da je kakovost zvoka dan danes lahko že zelo visoka, saj so FLAC glasbene datoteke skoraj brez izgube. Lahko bi dejali, da smo na področju računalniške glasbene industrije dosegli že vse, a potrebujemo nadgradnje in izboljšave.

8

4. ZASNOVA

Zvočne kartice v osnovi sestavlja več mikro čipov, kateri skrbijo za pretvorbo analognega signala v digitalni in obratno ter konektorji. Prve zvočne kartice so bile precej večje ter manj zmogljive od današnjih.

Slika 5: IBM Music Feature

9

5. INTEGRIRANA, NOTRANJA IN ZUNANJA ZVOČNA KARTICA

Zvočne kartice v osnovi delimo na 3 veje, ki se najpogosteje odražajo na zahteve uporabnika.Ob tem se giblje tudi zmogljivost kartice, kvaliteta ter cena.

5.1 INTEGRIRANA ZVOČNA KARTICA

Integrirano zvočno kartico dandanes najdemo na skoraj vsaki matični plošči ter v prenosnih računalnikih. Sestavlja jo čip (Slika 6), priklop za MIDI port (običajno kot dodatna komponenta ali na matični plošči) ter audio konektorji na zadnji strani matične plošče.

Slika 6: Čip integrirane kartice ALC650

Integrirana zvočna kartica je namenjena domačim uporabnikom računalnikov in njihovim osnovnim zahtevam, zato nima velike zmogljivosti procesiranja.

Prednosti in slabostiNajvečja prednost je majhna latenca (odzivni čas) ter to, da jo dobimo že pri nakupu matične plošče.Glavna slabost je največkrat šum, ki ga proizvaja računalnik in se mu zaradi integriranosti ni mogoče izogniti. Druga slabost je še slabše ter počasnejše DSP procesiranje in nekvalititeni AD/DA konverter.

10

5.2 NOTRANJA ZVOČNA KARTICA

Za notranjo zvočno katico se običajno odločajo zahtevnejši uporabniki. Najpogosteje se jih prikloplja na PCI reže, dražje kartice pa tudi na PCI-E (x16). Sestavlja jo vrsta ločenih mikročipov ter vrsta konektorjev.

Slika 7: Notranja zvočna kartica s priklopom na PCI ter možnostjo zunanjega modula

Prednosti in slabostiNajvečja prednost notranje zvočne kartice je majhna latenca, večje število konektorjev, kvalitetnejše procesiranje in precej manjši šum. Slabost se pozna pri omejenem številu konektorjev (glede na širino PCI reže) ter s tem, da je običajno fiksno pritrjena v računalnik.

11

5.3 ZUNANJA ZVOČNA KARTICA

Zunanjo zvočno kartico se uporablja za resnejše studijske namene. Zaradi prostorske neomejitve velja za najzmoglivejšo različico zvočnih kart. Zunanje zvočne karte se najpogosteje priklaplja na USB, Firewire400, Firewire800, Ethernet (JR45) ali kot razširitev na notranjo PCI karto.

Slika 8: Zunanja zvočna kartica

Prednosti in slabostiNajvečja prednost zunanje zvočne kartice je neomejen prostor in število konektorjev, minimalni šum zaradi dislociranja od računalnika, neomejena velikost in kvalitetni AD/DA konverterji. Slabost se kaže v večji latenci (odvisno od priklopa), pri težavah z driverji ter adapterji pri lastnem napajanju. Pomemben podatek je tudi visoka cena.

12

6. VRSTE PRIKLOPA

Zvočne kartice so skozi zgodovino pridobile vrsto priklopov na računalnike. Najstarejše so imele priklop na na ISA vodilo, dandanes pa se največ uporablja PCI in njegove nadgradnje (PCI-E). V zadnjem letu se razvija tudi priklop preko Etherneta (JR45), kar naj bi omogočalo izredno hiter in velik pretok podatkov (cat6 ima pretok 10GBit), hkrati pa se preprosto priključi na mrežno kartico, ki jo ima vsak računalnik.

6.1 PRIKLOP NOTRANJE ZVOČNE KARTICE

Najpogostejši priklop je na PCI režo, kar omogoča hitro delovanje, zadosten pretok in je uveljavljen kot najbolj razširjen standard. Notranje kartice, ki se jih uporablja le kot umesnik iz zunanje enote uporabljajo zaradi velikanskega pretoka tudi PCI-Express.

6.2 PRIKLOP ZUNANJE ZVOČNE KARTICE

Zunanje zvočne kartice najpogosteje priklapljamo preko USB, Firewire, vse bolj pa se uveljavlja tudi Ethernet. Nekatere zunanje zvočne kartice imajo na voljo tudi notranji PCI-E vmesnik, predvsem zaradi zmanjšanja težav z driverji.

13

7. VHODNO-IZHODNI KONEKTORJI

Zvočne kartice imajo več vrst konektorjev, ki se v osnovi delijo na analogne in digitalne.

7.1 ANALOGNI KONEKTORJI TRS poznam tudi kot audio jack. Uporablja se ga za izhode (stereo izhode) ter vhode

(Line-In, Mic In). Nanj se priklaplja slušalke, glasbene stolpe (z aux vhodi) in ampliferje za izhode ter mikrofone (mono vhod) ter ostale audio naprave (stereo Line-In),

RCA (poznan tudi kot AV). Nahaja se na starejših in manj zmogljivejših notranjih ter nekaterih zunanjih karticah, za stereo obliko potrebuje 2 konektorja, zato ga raje nadomešča TRS,

XLR se ga uporablja za mikrofonske vhode ter master izhode, zaradi velikosti ga nadomešča TRS.

Število analognih konektorjev je prilagojeno na število vhodov in izhodov. Integrirane zvočne kartice potrebujejo za 7.1 izhod 4 izhodne TRS konektorje (stereo po 2) ter dva vhodna TRS (mikrofon – mono in Line-In - stereo).Notranje zvočne kartice imajo zaradi omejenega prostora podobno sestavo, včasih še 2x RCA.Zunanje kartice imajo neomejeno število analognih vhodov in izhodov, v skladu z zmogljivostjo DSP procesiranja.

7.2 DIGITALNI KONEKTORJI

SPDIF (Sony Philips Digital Interface) Ima ga skoraj vsaka kartica, namenjen je povezovanju na digitalne ampliferje,

ADAT (Alesis Digital Audio Tape) Ena prvih oblik digitalnega prenosa zvoka za digitalno zapisovanje,

MADI (Multichannel Audio Digital Interface) Večkanalen način prenosa zvoka, le pri zunanjih zvočnih karticah,

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Razvit je bil za prenašanje podatkov med računalniki, sekvencerji ter podobnimi elektronskimi napravami. Vsebuje ga vsaka zvočna kartica, pri integriranih se ga priklaplja na GAME-PORT (joystick). Konektor za prenos MIDI podatkov vse bolj nadomeščajo USB in Firewire konektorji,

Koaksialni,

14

Optični,

Word clock se uporablja se ga za sinhronizacijo digitalnih naprav.

Običajno število digitalnih vhodov in izhodov je 1 na vhod ali izhod. Pri integriranih karticah najpogosteje srečamo en SPDIF in en optični izhod. Pri notranjih karticah je sestava podobna integrirani zaradi omejenega prostora. Zunanje kartice imajo običajno do en vhodni in en izhodni digitalni konektor.

Slika 9: Prikaz konektorjev zvočne kartice

Slika 10: Prikaz konektotjev naprednješe zvočne kartice

15

8. DSP ZA AD/DA

DSP (Digital Signal Processor) je poseben mikroprocesor, posebej zasnovan za procesiranje digitalnega signala v realnem času. Običajno ga uporabljajo AD/DA pretvorniki.

Slika : Prikaz AD/DA postopka procesiranjaAD/DA (analog to digital / digital to analog) pretvorniki omogočajo konverzijo iz digitalnega signala v analogni in obratno.

9. ZNAČILNOSTI

Na končno ceno zvočne kartice pomembno vplivajo lastnosti zmogljivosti, ki jih kartica premore. Cena je v prvi vrsti odvisna od kvalitete AD/DA pretvornikov, zmogljivosti po obdelavi ter števila audio kanalov ter načina priklopa na računalnik.

Po hitrosti glede na količino prenosa podatkov se načini priklopa delijo na:

PCI-E > PCI > ExpressCard > PCMCIA > Ethernet > FireWire > USBZa prenosnike se vse bolj uveljavlja tudi priklop prek PCMCIA ali novejšega ExpressCard slota z možnostjo razširitve v dodatno zunanjo enoto.

9.1 PROTOKOL ZA DELOVANJE ZVOČNIH KARTIC

Pri izbiri zvočne kartice je potrebno poznati tudi audio protokole, kateri delujejo na določenih operacijskih sistemih.

ASIO (Audio Stream Input/Output) ASIOII (Audio Stream Input/Output ver.2) DirectSound (Microsoftov privzeti gonilnik) WDM (Windows Driver Model)

16

GSIF (Tascamov gonilnik) CORE Audio (je edini gonilnik, ki deluje le za Mac OSX)

9.2 NAPAJANJE

PCI zvočne kartice za svoje delovanje uporabljajo 3.3V napajanje. Nekatere USB zvočne kartice se lahko napajajo kar preko USBja ali preko zunanjega

napajanja (običajno 12V) FireWire kartice se prav tako napajajo preko zunanjega napajanja, običajno 12V PCMCIA ter ExpressCard napaja 3.3V

17

10. ZAKLJUČEK

Zvočne kartice predstavljajo velik potencial predvsem velikim in že uveljavljenim zmankam, ki z vse večjimi težnjami po kompatibilnosti le z svojimi izdelki izpodrinjajo manjše proizvajalce, s tem pa upočasnjujejo hitrejši razvoj.S tem je problem tudi konkurenca, katera zvočnim karticam drži izredno visoke cene, ki tudi z več leti ne padejo. To pomeni, da teoretično nima nobenega pomena čakati na upad cene določene zvočne karte, ker bo kljub novim tehnologijam, ki se sicer razmeroma počasi razvijajo, cena ostala ista.

V nakup dražje zvočne kartice običajno odločajo ljudje, ki se s tem preživljajo ter morda najbolj zagreti audiofili. Velik porast internetne skupnosti v zadnjih nekaj letih daje vse večim nadobudnim glasbenikom vse večjo možnost samopromocije. S tem pa raste tudi povpraševanje po audio izdelkih, med katerimi je običajno najprej zvočna kartica.

Katera zvočna kartica je primerna za nas in za katero se bomo odločili je v velikim meri odvisno od potreb in želja, vsekakor pa v skladu z financami, ki so nam na razpolago. Na voljo imamo vedno več možnosti priklopa, ne glede na to ali imamo namizni ali prenosni računalnik.

18

11. VIRI

1. PlanetAudio Forum (http://www.planetaudio.si/)

2. Wikipedia – Sound Card (http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_card)

3. Wikipedia – Analog to Digital Converter (http://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter)

4. Wikipedia – Digital to Analog Converter (http://en.wikipedia.org/wiki/Digital-to-analog_converter)

5. Wikipedia – Audio Stream Input / Output (http://en.wikipedia.org/wiki/Audio_Stream_Input/Output)

6. Wikipedia – Digital Signal Processing (http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_signal_processing)

7. Wikipedia – Digital Signal Processor (http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_signal_processor)

8. Wikipedia – Direct Sound (http://en.wikipedia.org/wiki/DirectSound)

9. Wikipedia – WDM (http://en.wikipedia.org/wiki/WDM)

10. Wikipedia – ExpressCard (http://en.wikipedia.org/wiki/ExpressCard)

11. Wikipedia – ADAT (http://en.wikipedia.org/wiki/ADAT)

12. Thomann Cyberstore (http://www.thomann.de/)

13. Mimovrste (http://www.mimovrste.com/)

14. Sound Blaster (http://www.soundblaster.com/)

15. HowStuffWorks - How Sound Cards Work (http://computer.howstuffworks.com/sound-card.htm)

16. yvan256 - Soundcards Museum (http://www.yvan256.net/soundcards/)

19