Karta dźwiękowa

Dwadzieścia lat temu, kiedy pojawił się pierwszy komputer, jedynym dźwiękiem, jaki potrafił z siebie wydobyć był elektroniczny pisk. Od tamtej pory sytuacja się zmieniła. Komputer stał się centrum rozrywki, zastępuje telewizję, magnetofon, radio. Każdy nowy komputer zawiera kartę muzyczną albo zintegrowaną z płytą główną albo włożoną oddzielnie w złącze PCI. Karta muzyczna okazuje się bardzo przydatnym urządzeniem o wielorakich zastosowaniach. Może miłym dźwiękiem przywitać nas po włączeniu komputera, lub umilić czas spędzony przy komputerze przyjemną muzyką, lub wygenerować wspaniałe odgłosy zastosowane w grach i filmach DVD. Wszystkie karty dźwiękowe, oprócz odtwarzania cyfrowej muzyki, mają wbudowane syntezatory. Z ich pomocą możemy tworzyć muzykę na swoich komputerach, ale także odtwarzać gotowe utwory. Jeszcze kilka lat temu karty dźwiękowe produkowane były ze złączem ISA. Wszystkie nowe karty muzyczne produkowane są już wyłącznie ze złączem przeznaczonym dla magistrali PCI. PCI zapewnia znacznie wyższy transfer danych, nawet do 132 MB/s (ISA - ok. 6 MB/s). Oznacza to, że karta dźwiękowa PCI może jednocześnie odtwarzać wiele potoków dźwiękowych. Nowe modele kart mają także co najmniej 16-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe (CA) oraz analogowo-cyfrowe (AC). Od czterech lat karty muszą spełniać tzw. specyfikację AC97, która określa minimalny SNR (Signal to Noise Ratio) na poziomie 85 dB, choć w praktyce jest to nieco mniej. Kupując nową kartę muzyczną na magistrali PCI możemy być pewni, że szum nie będzie słyszalny. Kolejnym parametrem określającym karty dźwiękowe jest częstotliwość próbkowania. Stare karty Sound Blaster osiągały wartości od 11 do 22 kHz, jednak dzisiejszym minimum jest 44,1 kHz. Chociaż coraz częściej spotyka się jeszcze wyższe wartości - 48, a nawet 52 kHz.


Sygnał dźwiękowy jest sygnałem ciągłym (analogowym) i w takiej postaci nie może być zapisany na dysku komputera, gdyż informacje tam zapisywane muszą mieć postać cyfr (w kodzie dwójkowym). A więc dźwięk zapisać na dysku, sygnał analogowy należy zamienić na ciąg cyfr, który można następnie przetwarzać za pomocą komputera. Układem służącym do zamiany sygnału z postaci analogowej na postać cyfrową jest przetwornik analogowo-cyfrowy (A/C). Przetwornik co jakiś czas mierzy amplitudę analogowego sygnału na wejściu (inaczej mówiąc, pobiera próbkę sygnału wejściowego) i zamienia ją na cyfrę (liczbę), która pojawia się na wyjściu w kodzie dwójkowym. Im częściej będą pobierane próbki, tym dokładniej odwzorowany zostanie sygnał analogowy za pomocą ciągu cyfr. Częstotliwość próbkowana powinna być dwa razy większa od najwyższej częstotliwości sygnału analogowego: wtedy przetwarzanie nie będzie powodować strat informacji. Dla sygnału dźwiękowego o częstotliwości 20 kHz, częstotliwość próbkowania powinna wynieść minimum 40 kHz. W przypadku dysków Audio-CD stosuje się częstotliwość próbkowania 44.1 kHz.

Na wyjściu przetwornika A/C próbka opisana może być za pomocą 8- lub 16-bitowej liczby, co oznacza, że dla opisu jednej próbki dysponuje się skalą 256 (28) lub 65536 (216) wartości. Jak łatwo zauważyć rozdzielczość przy próbkowaniu 16-bitowym jest zdecydowanie lepsza.

Częstotliwość próbkowana 44.1 kHz i rozdzielczość 16-bitowa przetwornika umożliwiają osiągnięcie bardzo dobrych rezultatów przy odwzorowaniu sygnału analogowego za pomocą ciągu cyfr.

Schemat funkcjonalny karty dźwiękowej prezentuje rysunek. Karta zawiera następujące bloki funkcjonalne: przetwornik A/C i C/A, procesor sygnałowy DSP, syntezator, miksery oraz wzmacniacze mocy. Karta zawiera następujące główne bloki funkcjonalne: przetworniki A/C i C/A, procesor sygnałowy DSP, syntezator, miksery oraz wzmacniacze mocy.

Przetwornik analogowo-cyfrowy (A/C) zamienia sygnał z postaci analogowej na postać cyfrową. Przetwornik cyfrowo-analogowy (C/A) wykonuje operację odwrotną.

Procesor sygnałowy DSP (ang. Digital Signal Processor) służy do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Prostym przykładem zastosowania procesora DSP umieszczonego na karcie dźwiękowej jest stworzenie efektu pogłosu lub echa: ciąg cyfrowych próbek, który procesor przesyła do przetwornika C/A, zapamiętywany jest dodatkowo w pamięci. Ciąg ten wyczytany z pamięci z pewnym opóźnieniem przesyłany jest również na wejście przetwornika C/A. W ten sposób na wyjściu przetwornika pojawiają się dwa sygnały analogowe o tym samym brzmieniu, przesunięte w czasie.