Tarjetas de sonido

Informática. Funcionamiento. Frecuencia de muestreo. MIDI. Compatibilidad. Características. Altavoces. Tridimensional

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HISTORIA:

Todo, probablemente, comenzó con la aparición en el mercado de una tarjeta ya casi olvidada, la AdLib. Esta tarjeta disponía de síntesis FM, es decir: síntesis por modulación de frecuencias, una tecnología inventada por el MIT en los años 60. Con esa capacidad, sólo se podía reproducir música desde secuenciadores MIDI, o reproducir la música y efectos de los juegos.

Tras la aparición de la tarjeta AdLib, vino la tarjeta Sound Blaster de la casa Creative Labs,totalmente compatible con la anterior, pero que además de la síntesis FM, incorporaba la posibilidad de grabar y reproducir audio digital (en 8 bits). Esto permitía a los programadores de juegos usar sonidos reales (voces, ruidos, etc) como efectos especiales de sus juegos. Creative se hizo con el mercado, consiguiendo desde entonces ser el estándar de hecho: todas las tarjetas que se precien deben ser compatibles con la Sound Blaster, ya que todos los fabricantes de juegos y otro software programan para este sistema. La Sound Blaster Pro ya funcionaba en estéreo.

En 1989 una empresa americano, sacó al mercado su Turtle Beach Multisound. Este no era un producto orientado al mercado doméstico, como los anteriores, sino que su elevado precio (unas 140.000 pts), y sus avanzadas características (incorporaba un chip DSP Motorola 56000 a 20 Mips, nada menos) la dirigían hacia un mercado de audio profesional. Entre sus mejores características destacan que no usaba la lamentable síntesis FM, sino una excelente síntesis PCM (ahora se llama wavetable) incorporando un Chip de la empresa EMU Systems nada menos, una de las mejores empresas de sintetizadores y samplers para el mercado musical profesional. Pero si el sonido MIDI era inmejorable, en cuanto al audio tampoco se quedaba corta, ya que permitía la grabación y reproducción de audio a 16 bits, con unos buenos conversores DAC y DCA, proporcionando por lo tanto un bajísimo nivel de ruido y poca distorsión armónica. De lo que no se preocuparon los ingenieros fue de proveer compatibilidad con los juegos que usaban síntesis FM.

La archifamosa Gravis Ultrasound (GUS) fue el primer intento de fabricar un sampler para el mercado doméstico. Así pues, se ganó un merecidísimo puesto en la demoscene y en los diversos foros telemáticos. Recuerdo en las áreas de sonido de FIDONET cómo los usuarios de Sound Blaster que escuchaban una GUS se arrepentían de su compra. Para mejorar el sonido, la GUS disponía de una memoria RAM de 256 Kb que permitía almacenar grabaciones de instrumentos reales (sistema Wavetable). Pero esta tarjeta tenía un problema: aunque podía reproducir sonido de 16 bits, sólo podía grabarlo a 8 bits. Por ello, no era utilizable para la grabación de audio digital de calidad, aunque en el campo MIDI estaba entrela SB y la Multisound. Este defecto fue subsanado varios años después, con las versiones posteriores Ultrasound Max y Ultrasound Ace., que además traían ya 1 Mb de RAM.

Con la Sound Blaster 16, el mercado del audio a 16 bits se popularizó, haciéndolo asequible al mercado doméstico, pero sin ofrecer la alta calidad de la Multisound (lógico si se desea abaratar costes). Por otro lado, la SB 16 mantenía la misma síntesis FM de la SB Pro, por lo que musicalmente, su valor seguía siendo escaso. Antes de la Sound Blaster, Media Vision había fabricado la Pro Audio Spectrum (PAS), con sonido de 16 bits, aunque fue la primera la que dominó el mercado. Creative sacó una versión ASP de la Sound Blaster, que contenía un chip de proceso digital de señal (Avanced Signal Processor), que aún no se atrevían a llamar DSP (Digital Sound Processor, como la Multisound). Este ASP permitía cierta mejora al añadir efectos de Reverberación y 3D, además de aportar compresión de ficheros de audio (wav).

La fidelidad de reproducción MIDI que aportaba la GUS motivó que, con el tiempo, varias marcas se plantearan sacar al mercado tarjetas con tecnología similar. La Orchid Wave 32 entre otras, y las empresas de instrumentos musicales ya habían desarrollado tarjetas de alta calidad (especialmente la excelente Roland RAP-10 y la Ensoniq Soundscape). La tecnología wavetable de las demás tarjetas usaban sonidos (formas de onda) grabados en memoria ROM, en lugar de usar memoria RAM como la Gravis, con lo cual no se podía modificar los sonidos a voluntad del usuario. Sin embargo, implementaban los 128 sonidos del General MIDI (GM) y el General Standard (GS), incluyendo varios bancos de sonidos de batería y percusión.

En otro nivel más avanzado, la Digidesign Sample Cell ofrece la calidad de los samplers profesionales, e incluso mejores prestaciones. La diferencia está en el precio (más de 230.000 pts), a diferencia del medio millón que costaba un sampler en esa época. Aunque ahora hay algunos samplers de 150.000 pts, la Sample Cell aporta mayor calidad: 8 salidas de sonido independientes (ríete del surround, 3D y otras gaitas), edición super completa y sofisticada de las muestras de onda, 8 Mb de RAM ampliables a 32, trae 2 CD-ROM de muestras de altísima calidad.

Otras tarjetas mas rentables, la Turtle Beach Maui ofrece por unas 40.000 pts el mismo sistema, trae 2 Mb de ROM con los sonidos General MIDI y permite llegar a 4 Mb de RAM, con casi 200 parámetros para edición de los bancos de sonidos. Se puede adquirir un puñado de CD-ROMs de muestras de calidad especialmente preparadas para Maui. Tiene la salida estéreo habitual, pero no dispone de entrada para digitalizar sonido. Así pues, debe usarse en combinación con otra tarjeta de 16 bits.

Creative también quiso copar el segmento doméstico de este mercado, y fabricó, entre otras, la tarjeta Sound Blaster 32 PnP, que disponía de sonido wavetable en 1 Mb de ROM, con el sintetizador de la EMU 8000, de la famosa empresa EMU Systems, que acabó comprada por Creative. Además, de la síntesis FM, efectos de reverberación y coro, polifonía de 32 voces, compatible General Midi, y añade 2 zócalos para añadir RAM en SIMMs de 30 contactos (hasta 28 Mb), con la tecnología de sampling que denomina Sound Fonts. Asimismo, admite grabación y reproducción simultánea de audio a disco duro, es decir, son Full Duplex. Esto es importante para usar programas de audio multipista, ya que mientras grabas una toma nueva, puedes escuchar lo que habías grabado antes.

Después vino la Sound Blaster AWE 32 PnP, que añade a la SB 32 sonido 3D, y 512 Kb de RAM para Sound Fonts, para lo que incluye el software Vienna Sound Font Studio, además del secuenciador MIDI Orchestrator Plus.

FUNCIONAMIENTO:

Las dos funciones principales de estas tarjetas son la generación o reproducción de sonido y la entrada o grabación del mismo. Para reproducir sonidos, las tarjetas incluyen un chip sintetizador que genera ondas musicales. Este sintetizador solía emplear la tecnología FM, que emula el sonido de instrumentos reales mediante pura programación; sin embargo, una técnica relativamente reciente ha eclipsado a la síntesis FM, y es la síntesis por tabla de ondas (WaveTable).

En WaveTable se usan grabaciones de instrumentos reales, produciéndose un gran salto en calidad de la reproducción, ya que se pasa de simular artificialmente un sonido a emitir uno real. Las tarjetas que usan esta técnica suelen incluir una memoria ROM donde almacenan dichos "samples"; normalmente se incluyen zócalos SIMM para añadir memoria a la tarjeta, de modo que se nos permita incorporar más instrumentos a la misma.

Una buena tarjeta de sonido, además de incluir la tecnología WaveTable, debe permitir que se añada la mayor cantidad posible de memoria. Algunos modelos admiten hasta 28 Megas de RAM (cuanta más, mejor).

ADC/DAC:

Los ordenadores tenían (siguen teniendo) un "problema", sólo saben trabajar con datos digitales (más concretamente binarios, 0s y 1s), por lo que cuando conectamos unos altavoces a nuestra tarjeta de sonido, hay alguien que transforma esos datos digitales en analógicos para que nuestro altavoz los entienda. De eso se encarga el DAC (Conversor Digital-Analógico, ).

Y supongo que todo el mundo habrá deducido para qué sirve el ADC (Conversor Analógico-Digital); efectivamente, cuando grabamos desde una fuente externa (por ejemplo desde nuestro equipo musical), deberemos transformar esos datos analógicos que llegan por el cable en muestras digitales que podamos almacenar en nuestro disco duro.

Pero a alguien le puede ocurrir que necesite reproducir sonido, tratarlo al mismo tiempo con una fuente externa y volver a grabarlo. O simplemente reproducir y grabar al mismo tiempo. Esta característica se conoce como "fullduplex" y debe estar presente en cualquier tarjeta de sonido medianamente decente ( actualmente ya lo está en prácticamente todas). Para ello, los dos conversores ADC-DAC deben trabajar de forma separada.

FRECUENCIA DE MUESTREO:

Otra de las funciones básicas de una tarjeta de sonido es la digitalización; para que el ordenador pueda tratar el sonido, debe convertirlo de su estado original (analógico) al formato que él entiende, binario (digital). En este proceso se realiza lo que se denomina muestreo, que es recoger la información y cuantificarla, es decir, medir la altura o amplitud de la onda. El proceso se realiza a una velocidad fija, llamada frecuencia de muestreo; cuanto mayor sea esta, más calidad tendrá el sonido, porque más continua será la adquisición del mismo.

Resumiendo, lo que aquí nos interesa saber es que la frecuencia de muestreo es la que marcará la calidad de la grabación; por tanto, es preciso saber que la frecuencia mínima recomendable es de 44.1 KHz, con la que podemos obtener una calidad comparable a la de un disco compacto.

44,1 KHz significa calidad de CD

Vamos a explicar esto. Las tarjetas de sonido simplemente transforman una señal continua (el sonido es algo continuo, no va a t-r-o-z-o-s) en una discreta (aunque no lo parezca). Explicamos la palabra "discreta": que sucede a ciertos intervalos de tiempo.

Veamos un gráfico de ejemplo:

Tarjetas de sonido

En el dibujo apreciáis una línea continua, que representa un sonido. Sin embargo, en realidad cuando la captamos con nuestra tarjeta de sonido no podemos capturar TODA la onda, capturaremos simplemente una serie de puntos (los que están marcados), un punto cada cierto tiempo, es decir, un muestreo de los datos con una determinada frecuencia; la onda que nos quedará será del siguiente estilo:

Tarjetas de sonido

Os podéis imaginar que si en lugar de 44KHz utilizamos 22KHz, en realidad capturaremos la mitad de posiciones:

Tarjetas de sonido

El sonido se degrada rápidamente.

La conclusión de este ejercicio de dibujo a mano alzada es muy sencilla: cuanta más resolución tengamos, mejor será la representación del sonido en nuestro ordenador. Algunas tarjetas incorporan interpolación, mediante la que se suavizan los picos y se puede volver a obtener una onda más parecida a la original, mejorando, según los fabricantes, la calidad de sonido. Realmente, aún no conozco a ninguna persona que haya sido capaz de distinguir entre los dos sonidos (con y sin interpolación).

¿Y porqué exactamente 44'1KHz? Por el mismo motivo por el que el VHS emite 24 imágenes por segundo: si el ojo humano es capaz de reconocer como mucho unas 30 imágenes por segundo, sería un derroche de medios (y dinero) emitir 100 imágenes por segundo, por el simple hecho de que no notaríamos la diferencia. Del mismo modo, el oído humano es capaz de reconocer unos 44.000 sonidos cada segundo (o sea, capta el sonido con esa frecuencia), con lo que la utilización de un mayor muestreo no tiene ningún sentido (en principio).

Todas las tarjetas de sonido domésticas pueden trabajar con una resolución de 44'1KHz, y muchas incluso lo hacen a 48KHz. Las semi-profesionales trabajan en su mayoría con esos 48KHz y algunas incluso con 50KHz. Las profesionales llegan cerca de los 100KHz.

La utilización de este muestreo ampliado se debe al mismo motivo por el que algunas tarjetas utilizan más de 16bits para cada muestra: si los datos de partida no son suficientemente fieles o después nos vamos a dedicar a modificar el sonido, perderemos calidad, así que cuanta más calidad tengamos en un principio, mejores resultados obtendremos al final, es mejor trabajar con un margen de confianza.

MIDI:

La práctica totalidad de tarjetas de sonido del mercado incluyen puerto MIDI; se trata de un estándar creado por varios fabricantes, que permite la conexión de cualquier instrumento, que cumpla con esta norma, al ordenador, e intercambiar sonido y datos entre ellos. Así, es posible controlar un instrumento desde el PC, enviándole las diferentes notas que debe tocar, y viceversa; para ello se utilizan los llamados secuenciadores MIDI.

En este apartado hay poco que comentar. Simplemente, si vamos a emplear algún instrumento de este tipo, habrá que cerciorarse de que la tarjeta incluya los conectores DIN apropiados para engancharla al instrumento en cuestión, y el software secuenciador adecuado, que también suele regalarse con el periférico.

Un detalle a destacar, es que en el mismo puerto MIDI se puede conectar un Joystick, algo muy de agradecer por el usuario, puesto que normalmente los conocidos equipos Pentium no incorporan de fábrica dicho conector, algo habitual, por otra parte, en sus inmediatos antecesores, los ordenadores 486.

LA COMPATIBILIDAD:

Indudablemente, en estos momentos, el mercado de las tarjetas de sonido tiene un nombre propio: Sound Blaster. En la actualidad, cualquier tarjeta que se precie debe mantener una total compatibilidad con el estándar impuesto por la compañía Creative Labs; existen otros, como el pionero Adlib o el Windows Sound System de Microsoft. Pero todos los juegos y programas que utilizan sonido exigen el uso de una tarjeta compatible Sound Blaster, así que sobre este tema no hay mucho más que comentar.

Otro asunto es la forma de ofrecer dicha compatibilidad: por software o por hardware. La compatibilidad vía soft puede tener algunas limitaciones; principalmente, puede ser fuente de problemas con programas que accedan a bajo nivel o de forma especial a las funciones de la tarjeta. Asimismo, los controladores de emulación deben estar bien diseñados, optimizados y comprobados, para no caer en incompatibilidades, justo lo contrario de lo que se desea alcanzar. Por tanto, es preferible la emulación por hardware.

SONIDO 3D:

El sonido 3D consiste en añadir un efecto dimensional a las ondas generadas por la tarjeta; estas técnicas permiten ampliar el campo estéreo, y aportan una mayor profundidad al sonido habitual. Normalmente, estos efectos se consiguen realizando mezclas específicas para los canales derecho e izquierdo, para simular sensaciones de hueco y direccionalidad.

Seguro que os suenan nombres como SRS (Surround Sound), Dolby Prologic o Q-Sound; estas técnicas son capaces de ubicar fuentes de sonido en el espacio, y desplazarlas alrededor del asombrado usuario. Y decimos asombrado, porque el efecto conseguido es realmente fantástico, y aporta nuevas e insospechadas posibilidades al software multimedia y, en especial, a los juegos. Es fácil hacer una recomendación en este tema: ¡No renunciéis al sonido 3D!

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TIPOS Y CARARCTERISTICAS:

Polifonía Nº de bits

Típica FM (compatible SB 16) 20 8 ó 16

Estándar GM (General MIDI) 24 16

Tipo Wavetable (estilo SB 32) 32 16

Maxi Sound Home Studio, SB AWE 64 64 16

Turtle Beach Pinnacle 64 20

Cuadrafonía vs sonido 3D:

El sonido 3D que ofrecen algunas tarjetas intenta dar al oyente la impresión de sonido envolvente. En el cine, el sistema surround está basado en el uso de varios altavoces situados en diferentes puntos de la sala.Sin embargo, obtener este efecto con sólo dos altavoces es mucho más complejo.

En un estudio de grabación, cuando se quiere "situar" unos sonidos en el frente y otros en el fondo, se juega con dos parámetros: el volumen (cuanto más alto, más cerca), y la reverberación (una especie de eco), que se produce cuando los sonidos están más alejados del oyente. Así se intenta distinguir entre sonidos cercanos y sonidos lejanos.

De un modo similar, algunos receptores de TV estéreo, cuando reproducen un programa grabado en mono, simulan el estéreo retrasando ligeramente la señal de uno de los dos canales. Esto da un efecto pseudo-estéreo que resulta más agradable que el sonido mono.

El los años 70, después del desarrollo del sonido de alta fidelidad (hi-fi), se intentó dar un paso más con la cuadrafonía: se trataba de usar cuatro altavoces (con su cuatro amplificadores correspondientes), colocados en las esquinas de un cuadrado, con el oyente en el centro. Con este sistema, podíamos "situar" un sonido en cualquier lugar de la habitación, manipulando su volumen independientemente en cada uno de los 4 canales. Sin embargo, este efecto resulta muy caro: no sólo se necesitan 4 altavoces y 4 amplificadores, sino que también la fuente de sonido (cassette, disco compacto...) tenía que estar grabado en cuadrafónico en vez de estéreo.

Algunos programas de grabación de audio multipista, como el Samplitude Studio, permiten usar a la vez hasta 4 tarjetas de sonido en un mismo ordenador. Con ello, se obtienen hasta 8 canales de sonido simultáneos (4 estéreo), por lo que podíamos colocar altavoces en las 8 esquinas de un cubo tridimensional (4 arriba y 4 abajo). Todo ello, con 4 tarjetas de sonido normales, de 16 bits, cada una con su pareja de altavoces autoamplificados.

Una solución más sencilla es usar la tarjeta Maxi Sound 64 Home Studio, con sus 4 salidas de audio (2 estéreo) y su software multipista.

ALTAVOCES:

Últimamente se ha puesto de moda reducir costes al mínimo, como con los Winmódems, que utilizaban la potencia de nuestro procesador para suplir varios componentes que sencillamente no tienen. En el caso de los altavoces, se habla con mucha facilidad de potencias de "60W, 120W, 200W..." musicales o PMPO, que en realidad son de 5 a 20W reales; y por supuesto, unos altavoces buenos es IMPOSIBLE que cuesten 3.000 ptas, como sabe cualquier aficionado al sonido.

La última apuesta en el ahorro son los altavoces USB. En teoría parece una buena idea, enviamos los datos digitales por el puerto USB y los altavoces se encargan de reproducir el sonido. No hay complicaciones y la calidad de reproducción es bastante elevada. Además todas esas soluciones (como la de Philips o Microsoft) también llegan con un Subwoofer, por lo que su calidad de reproducción es bastante elevada. Además, nos hemos ahorrado el dinero que cuesta una tarjeta de sonido.

Como mayor contrapartida, su mejor ventaja: al no incluir ni necesitar tarjeta de sonido, ¿alguien sabe cómo grabarlo? No podremos conectar un micrófono y disfrutar de los divertidos programas de Karaoke. Aunque si lo suyo no es cantar "Tengo un tractor amarillo" puede vivir sin esa opción. También hay que decir que el precio no es uno de sus mayores fuertes, comparados con altavoces convencionales de buena calidad, con soluciones de 2, 3 (2 + Subwoofer), 5 (4 + Subwoofer) o 6 (Dolby Digital) altavoces.

También como altavoces convencionales (porque tenemos que conectarlos a una tarjeta de sonido) podemos incluir a los monitores con altavoces incorporados, con mucho estilo y una calidad de sonido aceptable (si no se es un purista, claro). Una gran elección para "escritorios con estilo".

Conexiones:

Todos tenemos la parte trasera de nuestro ordenador repleta de una maraña de cables. Parte de la culpa la tiene la tarjeta de sonido.

Tradicionalmente se han utilizado conectores mini-jack, como los que usamos en nuestro radiocasete portátil. Éstos siguen siendo los más comunes en las soluciones de nivel bajo y medio. Se trata de conexiones analógicas de media calidad, que no es suficiente en muchos casos.

La explicación es sencilla; si al grabar el sonido se pierde un poco de calidad, cuando lo tratamos un poquito más y al grabarlo a soporte (al exterior) otro poco, en total hemos perdido 2 pocos y un poquito, mientras que con otras soluciones perderemos sólo un poquito.

Conectores tradicionales en las cadenas o minicadenas de sonido domésticas son los RCA. Normalmente cada RCA es un canal independiente (mientras que en el Jack van 2 canales juntos). Por ello siempre van de dos en dos (clásicamente el rojo es el canal derecho y el blanco el izquierdo). Ofrecen mayor calidad que los conectores Jack tradicionales pero son más caros y menos compactos.

Si buscamos calidad profesional, deberemos decantarnos por una tarjeta con entradas y salidas S/PDIF o salidas ópticas digitales. Éste ha sido desarrollado por Sony y Philips para diseñar una interface de conexión digital de altas prestaciones. Al tratar al sonido digitalmente, no se producen pérdidas de calidad en ningún momento al pasar de soporte digital al ordenador o viceversa.

Por último, las entradas y salidas MIDI. Serán necesarias en caso de que vayamos a trabajar con dispositivos MIDI como pudiera ser un teclado. Con la entrada MIDI, nuestras composiciones serán mucho más sencillas, puesto que tan sólo deberemos conectar nuestro teclado, y la partitura de la pieza que toquemos aparecerá en la pantalla de nuestro ordenador (si contamos con el software adecuado).

Si además de entrada, disponemos de una salida MIDI, cualquier partitura en ese formato podrá ser reproducida por un instrumento conectado, desde un teclado a una caja de ritmos pasando por una guitarra o una batería (siempre que sean MIDI, por supuesto).

Además de estos conectores externos, los hay también internos, siendo el más importante el que va al CD-ROM, para poder escuchar los CDs de música. Puede ser digital (sólo en los más modernos) o el típico analógico, del cual hace tiempo había varios formatos (para CD-ROMs Sony, Mitsumi, IDE...) ahora ya unificados. Y en algunas tarjetas antiguas se incluía un conector IDE de 40 pines para el CD-ROM (cuando los CD-ROMs eran algo "extra" y no existía el EIDE con sus 2 canales).

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