Současnost i budoucnost zvukových karet a integrovaných kodeků

Multimediální počítače se dnes bez zvukové karty nebo integrovaného kodeku zkrátka neobejdou. Než se ale jejich vývoj dostal na úroveň současné počítačové reprodukce zvuku, uběhlo již hodně vody. Čím si zvukové karty od svého počátku prošly, co dnešní karty a čipy nabízí, v čem se liší a které jsou vhodné právě pro vás?

Hraní her, poslech hudby nebo jen sledování filmů, to všechno jsou činnosti, které se u většiny dnešních počítačů zdají být samozřejmé. Už jen představa počítače bez těchto možností může u některých jedinců vyvolávat pocity úzkosti a pro ty ostatní by se němý počítač brzy stal stejně velmi nudným.

Krkolomná cesta k opravdovému zvuku

Ač někteří obdobné historické „skvosty“ ještě vlastní, mnozí už je ani nepamatují. Ano, řeč je o počítačích, které vyluzovaly zvuk jedinou cestou, a to přes integrovaný reproduktor, tzv. PC Speaker. Od svého počátku datovaného na rok 1981 sloužil jen k oznamování varovných signálů a s pomocí pozdějších programů dokázal velmi omezeně reprodukovat i hudbu. Nároky však stoupaly a možnost ovládacího čipu vytvářet jen jednoduché tóny o určité frekvenci a konstantní hlasitosti nutně znamenala v reprodukci hudby pro PC Speaker konečnou.

Klepněte pro větší obrázekDokonalejší řešení přinesl v roce 1982 doslova revoluční zvukový čip SID (Sound Interface Device) v počítači Commodore 64 SID, který třemi (později čtyřmi) syntetickými hlasy umožnil vytvořit, na tehdejší dobu kvalitní hudbu i zvukový doprovod počítačových her. Ne nadarmo byl proto v roce 1996 časopisem Byte Magazine zvolen jedním z dvaceti nejvýznamnějších čipů počítačové historie.

Historici si možná ještě vzpomenou na počítač PC Junior (1983) od IBM se zvukovým čipem Texas Instruments, který se neujal vinou nástupu počítače Apple Macintosh s lepšími zvukovými možnostmi v podobě čtyřhlasého 8b zvukového čipu.

Klepněte pro větší obrázekPosledním pokusem o vytvoření kvalitnějšího zařízení pro přehrávání digitálního zvuku před příchodem zvukových karet byl tzv. Covox Speech Thing (1986), coby obyčejný 8b D/A převodník připojení k paralelnímu portu.

První skutečné zvukové karty (rok 1987) byly do ISA slotu a používaly pro generování zvuku (přesněji řečeno pro imitaci skutečných hudebních nástrojů) FM syntézu, kterou na prvních kartách od firmy AdLib a posléze i jejich klonů zajišťoval OPL-2 čip Yamahy.

Rok poté představila nepříliš úspěšnou zvukovou kartu Game Blaster s FM syntézou i společnost Creative Music Systems (současná Creative Labs). A právě v této společnosti si velmi rychle uvědomili, že jen FM syntéza u zvukových karet nestačí, a tak byla koncem roku 1989 uvedena karta Sound Blaster, která mimo OPL-2 čipu obsahovala i D/A a A/D převodník a umožňovala tak přehrávání digitalizovaných zvuků včetně záznamu. Nechybělo jí ani MIDI rozhraní pro připojení externích MIDI zařízení, které zároveň sloužilo a stále slouží pro připojení herních zařízení (joysticku, volantu apod.).

Klepněte pro větší obrázek

Díky dobré marketingové strategii a velké vstřícnosti k vývojářům počítačových her se Sound Blaster stal velmi rozšířenou a oblíbenou zvukovou kartou, s níž se mnoho výrobců snažilo držet kompatibilitu. Sound Blaster se tak stal standardem. S novějšími verzemi přišel i stereofonní výstup s přehráváním v kvalitě Audio CD (16 b/44,1 kHz) včetně možnosti stejně kvalitního záznamu a přechod z FM na wavetable syntézu (první takovou kartou byla Gravis Ultrasound), která se již nesnaží napodobit zvuky hudebních nástrojů, ale používá jejich skutečné vzorky uložené v paměti karty.

Klepněte pro větší obrázek

Z čeho se skládají dnešní karty?

Základem každé zvukové karty je signálový procesor s řadičem 1 (zpravidla v jednom a největším čipu), který nejen, že komunikuje s ovladači karty, ale především zpracovává zvukový signál na digitální úrovni. Současné signálové procesory obsahují jednotky až desítky milionů tranzistorů a liší se svým výkonem a možnostmi zpracování signálu. Závisí na nich vzorkovací frekvence a bitová přesnost zpracování signálu, obsahují digitální filtry odpovědné za různé efekty, samotný prostorový zvuk a mnohé další.

Čím výkonnější čip, tím více výpočtů si dokáže provést sám a nemusí tak zatěžovat procesor. Příkladem může být hardwarový výpočet EAX efektů či dekódování Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS či DTS-ES. Samozřejmě ne všechny operace signálového procesoru lze provést softwarovou cestou.

Klepněte pro větší obrázek

Jen pro srovnání, k dosažení stejného výpočetního výkonu jako u specializovaného procesoru CA20K1 (10 340 MIPS, Audigy 2 jen 424 MIPS) vynikající zvukové karty Sound Blaster X-Fi (Computer 22/05), by bylo nutné použít přibližně Pentium 4 3,6 GHz.

Ne každý však tuší, že na celkovou kvalitu zvuku nemá rozhodující vliv signálový procesor, ale použité převodníky. Ty jsou na všech lepších zvukových kartách odděleny od signálového procesoru a integrovány do jednoho nebo více samostatných čipů (výstupní šesti/osmikanálový D/A 2 a vstupní A/D převodníky. 3

Na mnohých kartách se mohou nacházet i další méně kvalitní (a tedy levnější) kodeky 4 určené pro interní vstupy s nižšími nároky na kvalitu zvuku (AUX, CD-in, mikrofon).

Dalším podstatným článkem ovlivňujícím kvalitu zvuku jsou přídavné analogové obvody a filtry, především však kvalitní nízkošumové operační zesilovače.

Můžete ušetřit, ale ...

Klepněte pro větší obrázekVše, co jsme doposud uvedli, najdete na kvalitních až velmi kvalitních zvukových kartách. Ne každému se však chce investovat do zvukových karet vyšší třídy a sáhne po tom nejlevnějším, co se dá koupit. Takové zvukové karty se dají pořídit již zhruba od 200 Kč (nicméně téměř shodné se prodávají i za čtyřnásobně vyšší cenu) a jsou osazeny pouze jedním čipem, konkrétně nejčastěji dlouho vyráběným šestikanálovým C-Media CMI-8738. Ten představuje málo výkonný signálový procesor s integrovaným řadičem a bohužel i nepříliš kvalitními A/D a D/A převodníky, které tak trpí nižším odstupem signál/šum. Tyto jednočipy obvykle nejsou schopny samostatně zpracovávat mnohé výpočetní operace, a tak i více vytěžují procesor.

Jelikož má každá dnešní základní deska zvukový kodek Klepněte pro větší obrázekintegrován přímo na sobě, lze si zvukový výstup dopřát i bez zvukové karty. Řadič, který běžné zvukové karty obsahují, je u integrovaných řešení většinou ve velmi zjednodušené podobě přímo v čipové sadě (dnes v jižním, dříve v severním můstku). Zvukové kodeky splňují standard AC`97 (ty nejnovější i specifikaci Intel HD Audio) a opět mají na starost A/D a D/A převod, mixování a další převážně analogové operace. Taktéž se neobejdou bez softwarového vybavení, které za ně dělá většinu výpočetních operací zatěžujících procesor (výpočet EAX efektů či softwarové dekódování Dolby Digital). Kvalita zvukových kodeků je velmi různorodá, ale ani ta definitivně neovlivňuje zvukový výstup.

Právě integrované kodeky nejčastěji trpí pronikáním rušení do zvukového signálu v podobě nežádoucích ruchů např. při pohybu myši, práci pevného disku apod. Velmi tedy záleží i na návrhu plošného spoje, vzdálenosti kodeku od vstupních a výstupních konektorů či přítomnosti filtračních obvodů. Na to, jak si dnes nejrozšířenější zvukové kodeky stojí, jsme se zaměřili v našem nedávném velkém testu (Computer 15-06/05).

Obecně platí, že klasické zvukové karty poskytnou kvalitnější zvukové podání než integrované kodeky, avšak v porovnání s těmi nejlevnějšími kartami jsou na tom mnohdy stejně, případně je kvalita některých kodeků může i předčít. Potřebujete-li digitální vstup či výstup (S/PDIF), lze je u lepších zvukových kodeků také najít. I tak má definitivní slovo výrobce základní desky, zda-li takové konektory z kodeku vyvede či nikoliv. Nejčastěji jsou základní desky osazovány kodeky od výrobců Analog Devices, RealTek, Cirrus Logic a C-Media.

Slovníček
  • EAX 1.0 (Environmental Audio Extensions) – aplikační rozhraní pro tvorbu prostorového zvuku, které umožňuje měnit chování zvuku ve virtuálním prostoru (dozvuk, ozvěna, dojem prostoru, zvukový vjem odpovídající šíření zvuku pod vodou apod.)
  • EAX 2.0 – mezistupeň, který přidává možnost zadat překážky a s nimi spojené tlumení nebo umístit zvuk do jiného prostředí, než je posluchač
  • EAX 3.0 (EAX Advanced HD) – přidává nový statistický model zvukového prostoru včetně možnosti výpočtu zvukového odrazu, zlepšení směrovosti zvuku a umístění „zvukových odrazek“
  • EAX 4.0 (EAX 4.0 Advanced HD) – další rozšíření tohoto aplikačního rozhraní pro budování důmyslné zvukové palety používáním různých efektů pro různá prostředí. Podpora speciálních efektů (např. zkroucení a ohyb zvuku)
  • EAX 5.0 (EAX 5.0 Advanced HD) – přidáno mnoho vylepšení a další možnosti modelování zvukového prostředí. Efekty lze aplikovat i na vícekanálové zvuky, je možné mapování nového zdroje zvuku do již vytvořeného prostředí se všemi efekty a mnohé další
  • DS3D (Direct Sound 3D) – rozhraní, které umožňuje programátorům definovat zvukové zdroje v prostoru
  • HD Audio (High Definition audio) – podpora DVD audia (192 kHz/24bit stereo, 96 kHz/24bit vícekanálové) a standardu 7.1, technologie Audio Jack-sensing (automatické rozpoznání připojení sluchátek, mikrofonu, či reproduktorů)
  • Dolby Digital – (označován též jako AC-3) poskytuje pět kanálů s plným rozsahem. Touto technologií jsou kódovány mnohé zvukové záznamy na nejnovější generaci disků DVD
  • Dolby Digital EX – podpora sedmi, případně osmi reproduktorů
  • DTS (Digital Theater Systems) – vícekanálový (5.1) digitální zvukový formát s plným rozsahem. Oproti Dolby Digital se vyznačuje menší kompresí poskytující více zvukových detailů
  • DTS ES – DTS rozšířené o podporu formátu 6.1 nebo 7.1
  • SPDIF (Sony Philips Digital Interface) – vstup a výstup digitálního zvuku, propojování často řešeno koaxiálním kabelem nebo optickým vláknem. Data jsou přenášena bezztrátově

Už se ale začínají objevovat základní desky, které to s kvalitou zvuku myslí velmi vážně a jsou osazeny shodnými zvukovými čipy jako karty Sound Blaster Live! (MSI P4N Diamond, K8N Neo4/SLI a K8N Diamond 54G, Gigabyte GA-G1975X a další) nebo Audigy (MSI K8N Diamond Plus). O vstup na pole základních desek se už dlouhou dobu snaží i velmi kvalitní zvukové čipy VIA (konkrétně Envy24PT s vlastními externími kodeky).

Nejen na hry, ale hlavně na hry

Nejprodávanější zvukové karty nemohou být od nikoho jiného, než od společnosti Creative. Ta stále nepatří mezi špičku v profesionálním zpracování zvuku (i když s modelem X-Fi má i sem velmi dobře našlápnuto) na počítači, avšak v herní oblasti a zpracování prostorového zvuku nemají její karty konkurenci.

Základem pro definování zvukového prostředí ve 3D hrách bylo rozhraní Microsoft DirectSound 3D (DS3D), které umožňuje programátorům definovat zvukové zdroje ve virtuálním prostoru. Jak tyto informace budou zpracovány, už však záleží na ovladačích a samotném hardwaru zvukové karty.

Klepněte pro větší obrázek

Jelikož původní rozhraní DS3D neumožňovalo zanášet do virtuálního prostoru více parametrů ovlivňujících chování zvuku, rozhodla se firma Creative obohatit rozhraní DS3D o EAX, které dovolovalo popisovat virtuální prostor více parametry a zohlednit vliv prostředí. Rozhraní EAX se postupně vylepšovalo a obohacovalo o stále nové prvky, až se dostalo k současné verzi EAX Advanced HD 5.0. Základní charakteristické rysy jednotlivých verzí EAX uvádíme ve slovníčku.

Významným konkurentem EAX byl pokrokový, ale výpočetně náročnější systémem Aureal3D (A3D) společnosti Aureal nebo technologie firmy Sensaura. Konkurence se Creative zbavil nejlepší možnou cestou, a to tak, že obě společnosti koupil a některé jejich technologie použil v nejnovějších standardech EAX.

Shrnutí a rady závěrem
  • Kvalitu zvuku neovlivňuje jen signálový procesor, ale především použité převodníky a další analogové obvody, které jsou u kvalitních karet umístěny mimo procesor. Levné karty obsahují jen nejnutnější zvukový čip, jehož součástí jsou i méně kvalitní převodníky.
  • Nejlevnější zvukové karty zpravidla neposkytují kvalitnější zvuk než mnohé integrované kodeky, a jejich koupi proto nedoporučujeme.
  • Kvalitu zvuku z integrovaných kodeků výrazně ovlivňuje i umístění na základní desce a snaha výrobce o odstranění okolního rušení. Platí, že čím blíže je kodek vstupům/výstupům, tím lépe.
  • Pro hráče počítačových her jsou nejlepším řešením zvukové karty řady Sound Blaster Audigy a pro ty uplně nejnáročnější Sound Blaster X-Fi.
  • Pokud do oblasti vašeho zájmu nepatří hraní her, ale více než jen amatérské zpracování zvuku, budou lepší volbou zvukové karty od výrobců AudioTrak, M-Audio, ESI a Terratec, které jsou nejčastěji osazeny zvukovými procesory VIA Envy24. Nicméně i Creative s novinkou v podobě Sound Blaster X-Fi Elite Pro dokazuje, že milovníci zvuku mohou o značce Creative začít opět velmi vážně uvažovat.
  • Využít potenciál kvalitní zvukové karty je možné jen s kvalitními reproduktory či sluchátky.

Článek vznikl
ve spolupráci
s časopisem
Computer
a čerpá
z čísla 4/06.

Témata článku: Apple, Budoucnost, Advanced, Diamond, Speaker, Midi, Cirrus, Junior, Analog

59 komentářů

Nejnovější komentáře

  • kosmik 10. 3. 2007 15:55:13
    DD, pri zapojeni nove 7.1 zvukarny mi prestane fungovat graficka karta....
  • Vincent Vega 29. 3. 2006 13:24:36
    Díky za TIP
    Práve som zvukofku TerraTec Aureon 7.1 PCI kúpil a skutočne...
  • xb1 28. 3. 2006 15:35:30
    Šmarjáá já například mám doma PC napojené na receiver Sony STR-DB830 a k...
Určitě si přečtěte

ASUS ZenBook 3 se začal prodávat v Česku. Je ve všem lepší než MacBook, ale bude to stačit?

ASUS ZenBook 3 se začal prodávat v Česku. Je ve všem lepší než MacBook, ale bude to stačit?

** Novinka od Asusu míří přímo proti MacBooku od Applu ** Nabídne daleko více výkonu za stejné peníze

2.  12.  2016 | David Polesný | 130

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

** Programátorů je málo a horníků bez práce po uzavření dolu Paskov bude moc ** Problém řeší unikátní projekt ** Pilotní kurz dává naději, že by z horníků mohli být použitelní kodéři

28.  11.  2016 | David Polesný | 79