Historia de las tarjetas de sonido

Todo, probablemente, comenzó con la aparición en el mercado de una tarjeta ya casi olvidada, con nombre en latín, nada menos: 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. Esta espectacularidad está subrayada por su pomposo nombre (en inglés - americano). 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 americana, con un nombre más bien raro (la playa de las tortugas), 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 de "la tortuga" fue de proveer compatibilidad con los juegos que usaban síntesis FM. Por cierto, si SB es Sound Blaster, TB es Turtle Beach, un pasito por delante.

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 entre la 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 sí 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. Con estas tarjetas, escuchar un buen fichero MIDI es ya una delicia.

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... en fin, un producto totalmente profesional.

Para los que no nos gastamos todo en la tarjeta de sonido, 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. AWE significa Avanced Wave Effects.

¿32 Bits?

Es habitual leer que una tarjeta marcada como "32", por ejemplo, la Sound Blaster 32, es una tarjeta de 32 bits. Esto es falso: . Estas tarjetas son de 16 bits, es decir, pueden reproducir y grabar sonido digitalizado a 16 bits. El número 32 se refiere a la polifonía, es decir, el número de notas musicales que puede tocar simultáneamente el sintetizador interno.

Y menos aún podemos decir que las tarjetas marcadas como 64 sean tarjetas de 64 bits. De hecho, los estudios de grabación profesionales no usan más de 20 bits en sus equipos de mayor calidad. Sólo una de las tarjetas de sonido que estudiamos en este informe tiene más de 16 bits: la Turtle Beach Pinnacle, con 20 bits.

Tipo de tarjeta	Nº de bits	Polifonía
Típica FM (compatible SB 16)	8 ó 16	20
Estándar GM (General MIDI)	16	24
Tipo Wavetable (estilo SB 32)	16	32
Maxi Sound Home Studio, SB AWE 64	16	64

Métodos de Síntesis

Los circuitos electrónicos pueden generar (sintetizar) el sonido basándose en diferentes planteamientos. Del sistema que se elija dependerá en gran medida la calidad del sonido resultante. Veamos los tipos de síntesis usados en las tarjetas de sonido:

• FM (modulación de frecuencia).

Se basa en modular una onda portadora con otra onda moduladora, produciendo así una tercera onda resultado de la modulación.

• Fundamentos

Como este sistema es muy pobre, se usan varios operadores (conjuntos de portadora - moduladora), cada uno de los cuales produce una onda que sirve como portadora o moduladora del siguiente paso.

• Características

El modo de interconexión de los operadores es denominado algoritmo. Es muy barata, pero no reproduce adecuadamente los sonidos de instrumentos musicales reales. En particular, las guitarras, los metales y sonidos de percusión suenan lamentablemente.

Los sintetizadores que usan este sistema incorporan un gran número de operadores y de algoritmos, pero las tarjetas de sonido tipo SB lleva muy pocos como para obtener buenos resultados.

• Wavetable (Tabla de Ondas)

Si grabamos sonidos de instrumentos reales interpretando una nota Do, por ejemplo, y reproducimos esa grabación a mayor velocidad, sonará más agudo.

• Fundamentos

Con las grabaciones de diferentes instrumentos, creamos una Tabla de Ondas, almacenada en memoria ROM o RAM. De la calidad de dichas muestras depende buena parte del resultado sonoro. Es obvio que es importante grabarlas en un estudio de grabación profesional, con buenos instrumentos.

• Características

Es más cara que la FM, y necesita memoria para almacenar las ondas grabadas. Para conseguir mejor calidad, se usa el multimuestreo, es decir, tomamos varias grabaciones de cada instrumento, por ejemplo, una por cada escala musical. Esto aumenta la cantidad de memoria necesaria. Sin embargo, para reproducir con fidelidad un sonido no basta con guardar una grabación, ya que cuando se toca una nota diferente, no solo se cambia la frecuencia del sonido, sino otros parámetros importantes.

• Waveguide (Modelado Físico, Síntesis Virtual)

Se basa en simular el sonido de un instrumento musical mediante el cálculo numérico de las ondas de sonido. Es decir, se tienen en cuenta parámetros como la vibración del sonido en un tubo (viento), una cuerda, una membrana (percusión), etc.

• Fundamentos

Pero este proceso se realiza a tiempo real, lo que supone una gran capacidad de cálculo.

• Características

Es carísima. De hecho, el primer producto con esta tecnología que salió al mercado (un sintetizador de Yamaha) tenía dentro dos Macintosh Quadra para producir tan sólo 2 notas de polifonía. ¡Costaba más de 800.000 pts! Por ello, nos parece muy raro que las AWE 64 usen este sistema, por un precio inferior a 40.000 pts. Algo falla, ¿no?

Muestreo de la señal analógica.

Sistema WaveGuide de generación de sonido.

Ejemplos de Tarjetas de sonido.

Maxi Sound Home Studio Pro 64.

Hardware	DSP con 64 voces de polifonía	Cuadrafonía real (4 canales en 2 salidas estéreo)	grabación y reproducción de audio simultánea (full duplex)
	Multiefectos en tiempo real Ecualizador gráfico y paramétrico de 4 bandas	reverberación, coro, flanger, eco, ... sobre el sonido MDI y sobre ficheros WAV:	eco y reberv sobre las entradas de micrófono y línea
	4 Mb de ROM para sonidos wavetable	Ampliable a 16 Mb de RAM para sonidos del usuario
Software QUARTZ Audio Master SE:	Grabación y reproducción de audio Multipista, con secuenciador integrado	8 pistas estéreo en reproducción, 1 estéreo en grabación	Edición de audio pista por pista. Edición de partituras
	Secuenciador MIDI de 64 pistas.	Sincronismo SMPTE para grabadoras externas	Efectos en tiempo real (de espacio, coro, ecualizador...)
Software Maxi FX Home Studio:	Para añadir efectos a juegos y música. Se pueden almacenar hasta 800 efectos.	Rever y coro al MIDI, reverb y eco al audio WAV	Sonido surround (2 ó 4 altavoces), ecualizador, etc.
Software Cakewalk Express	Software Internet Phone	Software Sound Impression	Requiere 486 DX266, 4 Mb RAM y Windows 3.x

Sound Blaster AWE 64 Gold.

Hardware	32 voces de por hardware y 32 más por software Waveguide	Sonido envolvente de 360 grados Emu 3D Positional Audio	Grabación y reproducción de audio simultánea (full duplex)
	Multiefectos reverberación y coro en tiempo real	Tecnología Sondius WaveGuide de modelado físico (sólo 14 instrumentos incluidos)	Mezclador digital de 20 bits
	1 Mb de ROM para sonidos wavetable, con chip EMU8000	4 Mb de RAM para sonidos del usuario, ampliables a 28 Mb.	Salida digital de audio estándar S-PDIF Cable MIDI incluido
Software MIDI Orchestrator Plus	Secuenciador MIDI
Software Cubasis Audio:	Secuenciador e Audio integrado	Fabricado por la prestigiosa empresa alemana Steimberg	Versión reducida del famoso Cubase Audio.
Software	Software Real Audio, MS Internet Explorer (en inglés)	Software Vienna Sound Font Studio	Requiere Pentium 90, 8 Mb RAM y Windows 3.1

Tarjeta profesional Sound Station 2.

Hardware	64 voces de polifonía por hardware. Contiene dos sintetizadores Kurzweil con 32 notas cada uno.	DSP (procesador digital de la señal) Motorola 56002. Multiefectos digital de 24 bits	Grabación y reproducción de audio simultánea (full duplex) usando tecnología Hurricane (no usa DMA)
	Multiefectos reverberación y coro en tiempo real	Conversor analógico a digital (ADC) de 20 bits	Relación Señal/Ruido mejor de 97 dB. Distorsión armónica menor que el 0.005%. 128 sobremuestreos de entrada y filtro de salida de 128 interpolaciones.
	48 canales MIDI simultáneos (32 los 2 sintetizadores internos, y 16 para instrumentos MIDI externos)	6 Mb de ROM para sonidos del usuario, ampliables a 48 Mb. (SIMMs de 72 contactos)	Salida y entrada digital de audioestándar S-PDIF Cable MIDI incluido
Software Digital Orchestrator Plus 3.0	Secuenciador Audio y MIDI integrados	Fabricado por Voyetra Technologies, propietaria de Turtle Beach Systems	Más de 1.00 pistas de Audio y MIDI
Software Audio Station 2	Software de Librería de Sonidos	Los drivers permiten instalar múltiples tarjetas en el mismo equipo.	Requiere 486DX2 66Mhz, 8 Mb RAM y Windows 3.1

SPDIF (Sony Phillips Digital Interface): Es un conector digital ideado en colaboración entre Sony y Phillips. Clavija RCA para sonido digital. Se transfieren carros de información binaria de modo no balanceado, es decir, a través de un vivo y un neutro.

AES/EBU (European Broadcasting Union): Es un conector digital desarrollado a partir del SPDIF. Las diferencias principales con respecto a este son, que utiliza clavija XLR (Canon) y que la señal se transmite balanceada, es decir, + vivo, neutro, - vivo. Esto proporciona protección adicional contra interferencias.

+ vivo

- vivo

- (- vivo)

Resultado

Los dos canales se transfieren multiplexados en el tiempo.

Las frecuencias de muestreo (sampleo) y de reproducción de las tarjetas de sonido varían según la capacidad de las mismas.

Por ejemplo:

Calidad DAT 48 Khz 16 bits Estéreo.

Calidad CD 44.1 Khz 16 bits Estéreo.

Frecuencia de muestreo es el número de veces que el conversor A/D toma muestra del voltaje de la señal cada segundo.

El número de bits define el número de niveles de voltaje diferentes que es capaz de diferenciar el conversor. Para 16 bits el número de niveles será de 216 ! 65.536 y en caso de ser 8 bits el número de niveles será de solo 28 ! 256.

Una gran diferencia de algunas tarjetas de sonido profesionales es que son capaces de samplear a 20 bits, con lo cual ganan niveles y por tanto calidad.

Las entradas y salidas básicas en una tarjeta de sonido son:

• Mic-in (entrada de micrófono mini jack mono).

• Line-in (entrada de sonido de nivel de línea, mini jack estéreo o 2 RCAs).

• Phones (Salida amplificada de sonido, para conectar cascos o altavoces pequeños, mini jack estéreo).

• Line-out (Salida de sonido nivel de línea, mini jack estéreo o 2 RCAs).

• Midi in/out (Conector tipo Game Port, serie que es utilizado para conectar tanto Joysticks como instrumentos Midi (Musical Instrument Digital Interface)).

Las entradas y salidas a un nivel profesional:

• XLR-in (Entrada balanceada analógica con dos conectores Canon).

• XLR-out (Salida balanceada analógica con dos conectores Canon).

• AES/EBU-in (Entrada balanceada digital con conector Canon).

• AES/EBU-out (Salida balanceada digital con conector Canon).

• SPDIF-in (Entrada digital con conector RCA).

• SPDIF-out (Salida digital con conector RCA).

General

FM Synthesis: Yes

Wave Synthesis: Yes

Built-In Stereo Power Amplifier: No

Built-In Digital/Analog Mixer: Yes

Plug and Play: Yes

CD-ROM Interface: None

Hardware Settings

Interrupt (IRQ): 2, 5, 7, 10

8-bit DMA Channel: 0, 1, 3

16-bit DMA Channel: 5, 6, 7

Joystick I/O Address: 200 Hex

Audio I/O Address: 220, 240, 260, 280 Hex

MPU-401 I/O Address: 300, 330 Hex

FM Synthesizer I/O Address: 388 Hex

Wave Synthesizer I/O Address: 6x0, Ax0, Ex0 Hex

Connectors

Line-In: Yes

Mic-In: Yes

Line-Out: Yes

Amplified Speaker-Out: No

PC Speaker-In: No

SPDIF: Yes

Game/Joystick Port: Yes

CD-ROM Audio-In (SB Audio Socket): Yes

CD-ROM Audio-In (MPC2 Socket): Yes

Creative Memory Upgrade Module: Yes (4MB on-board RAM)

CSP Chip Socket: No

Wave Blaster Daughter Board Connector: No

External CD-ROM: Not Applicable

Modem Feature Connector: Yes

Additional Hardware Specifications

Input: 2Vrms (maximum)

Output: 2Vrms (maximum)

Sound to Noise Ratio: 90dB

THD+N: 0.005%

Frequency Response: 15H - 50kH (+0/-1dB)

Tarjetas de sonido y sus características

Sumamos + vivo y - (- vivo), dando como resultado 2 * (+ vivo) y las interferencias se eliminan entre sí.