Dźwięk z komputera

Temat kart muzycznych nie jest wśród serwisów komputerowych (nie tylko polskich) szczególnie popularny. Przyczyną takiego stanu rzeczy jest w głównej mierze dość niemrawy ruch na rynku tego typu urządzeń. Rzadko pojawia się tu coś nowego, a jak się już pojawi, to strach o tym pisać. Można obiektywnie oszacować szybkość pracy procesora, przetestować niezawodność płyty głównej, a nawet zmierzyć temperaturę pracy dysku twardego.

Tymczasem przy ocenie jakości karty muzycznej nie sposób w pewnym momencie uciec od opisu wrażeń czysto subiektywnych. Najczęściej naraża to biednego recenzenta na oskarżenia o nieuzasadnioną złośliwość względem producenta albo o jakieś ciche z nim powiązania. Uniwersalny jest w każdym razie zarzut kompletnego braku słuchu. Niniejszy artykuł nie będzie recenzją konkretnej karty muzycznej. Postaramy się natomiast w miarę przystępny sposób przybliżyć zasadę działania tego urządzenia, a także rozszyfrować całą gamę parametrów i współczynników je opisujących. Nie zamierzamy wskazywać konkretnego modelu, natomiast podpowiemy, czym kierować się przy wyborze karty muzycznej do konkretnych zastosowań: słuchania muzyki, oglądania filmów, grania, czy w końcu tworzenia muzyki.

Dźwięk towarzyszył komputerom PC niemal od zawsze, choć początkowo miał bardzo niewiele wspólnego z pojęciami takimi jak melodia czy muzyka. Przez pierwsze lata wszystko, co był w stanie wydać z siebie komputerowy głośniczek, to niezbyt przyjemne dla ucha i tym samym mocno irytujące "biiip". Zadaniem tego sygnału było, w zależności od kontekstu, powiadomienie użytkownika, że coś działa prawidłowo lub że się właśnie zepsuło. Kombinacje "biiipów", niby alfabet Morse'a, mogły czasem podpowiedzieć, gdzie szukać przyczyny awarii. Było to przydatne w sytuacji, gdy np. nie chciał się włączyć monitor.

Można odnieść wrażenie, że nawet ta skromna dźwiękowa funkcja informacyjna została w pierwszych pecetach zaimplementowana przez przypadek. Na płytach głównych początkowo nie umieszczano specjalnego układu generującego dźwięk. Za jego wytwarzanie odpowiedzialny był układ czasowo-licznikowy 8253 który, jak sama nazwa wskazuje, przeznaczony był głównie do odmierzania czasu. Potrafił on generować przebiegi prostokątne o różnych częstotliwościach, które po przetworzeniu nadawały się do wytwarzania dźwięku. Układ miał mocno ograniczone możliwości, ale programiści czynili cuda i wraz ze wzrostem popularności wykorzystywania komputera do celów multimedialnych, wyciskali z podłączonego do płyty głównej głośniczka coraz więcej. Pojawiły się nawet programy wykorzystujące 8253 do syntezowania ludzkiej mowy. Trzeba jednak wspomnieć przy tym, że najczęściej należało z góry znać treść komunikatu, aby go poprawnie zrozumieć.

W końcu nadszedł moment, w którym rynek był gotowy na przyjęcie dedykowanej komputerom PC karty dźwiękowej. Pierwszy taki produkt został spopularyzowany przez firmę AdLib. Choć pierwsza karta muzyczna miała zaledwie pojedynczy, jednokanałowy syntezator FM, efekty dźwiękowe generowane przez komputer zyskały nowy wymiar. Ponieważ karta AdLib zyskała duże zainteresowanie, wkrótce za produkcję układów dźwiękowych zabrały się inne firmy, w tym znany chyba wszystkim Creative. Początkowe propozycję Creative nie były specjalnie udane, w każdym razie do czasu, aż nie pojawił się pierwszy Sound Blaster. W dużej mierze był to klon karty AdLib, jednak znacznie udoskonalony. Główną nowością była możliwość odtwarzania (i nagrywania) wyraźnych, samplowanych dźwięków, na co AdLib nie pozwalał. Sound Blaster zyskał olbrzymią popularność, a firma Creative na kolejne lata stała się wyznacznikiem panujących standardów. Taki obrót rzeczy miał niestety negatywny wpływ na rozwój rynku. Pomimo, iż od czasu do czasu pojawiały się w sprzedaży konstrukcje bardziej zaawansowaneod legendarnego Sound Blastera, nie zyskiwały one specjalnego uznania. Duża część oprogramowania, a w szczególności gier była po prostu kompatybilna wyłącznie z produktem Creative. Z tego też powodu, za kolejny przełomowy moment w historii kart dźwiękowych należy uznać pojawienie się karty Sound Blaster 16. Będąca częścią nazwy liczba przypominała, że zarówno umieszczony na karcie procesor oraz rzetwornik cyfrowo-analogowy pracują z 16-bitową rozdzielczością. W połączeniu z częstotliwością próbkowania wynoszącą 44,1 kHz dawało to konstrukcję, mogącą odtwarzać dźwięki z jakością płyty CD. Można pokusić się o twierdzenie, że gdyby nie antyczny interface ISA, karty Sound Blaster 16 mogły by być z powodzeniem montowane we współczesnych komputerach i znaczna część użytkowników była by z jakości dźwięku zadowolona.

Możliwość odtwarzania plików *.wav w znośnej dla ucha jakości to jednak nie wszystko, czego współcześni oczekiwali od karty dźwiękowej i temu też zawdzięczamy dalszy rozwój tych urządzeń. Zaowocowało to między innymi montowaniem na kartach dźwiękowych coraz to mocniejszych jednostek obliczeniowych oraz niezależnych układów pamięci. Pojawiły się karty Wave-Table (min. Sound Blaster AWE32), które poprawiły jakość odtwarzanej muzyki w formacie MIDI. Kiedy wydawało się, że jeśli chodzi o "dźwięk z komputera" wiele więcej poprawić nie można, pojawiła się idea generowania dźwięku przestrzennego, a wraz z nią zagrożenie dla pozycji firmy Creative. Choć producent Sound Blastera wychodził nieśmiało na przeciw nowym pomysłom i stworzył nawet własny standard dźwięku przestrzennego - EAX, nie mógł w najmniejszym stopniu konkurować z technologią A3D, opracowaną przez  Aureal. Choć produkt, z którym ta młoda firma weszła na rynek, był niemałym przebojem, kilka czynników przyczyniło się do rychłego jej upadku. Przede wszystkim, zdobywanie szerszej popularności w sytuacji, gdy synonimem karty muzycznej stał się Sound Blaster, było bardzo trudne. Dodatkowo, zastosowanie zaawansowanej jak na ówczesne czasy technologii A3D wymagało współpracy karty Aureal z bardzo szybkimi, a przez to drogimi CPU. Ograniczało to dość poważnie liczbę jej nabywców. Firma została na dokładkę oskarżona przez konkurenta o naruszenie praw patentowych. Mimo, iż ostatecznie Aureal wygrał proces, osłabiona finansowo firma zbankrutowała i została przejęta przez Creative.

Od tamtych wydarzeń minęło już sporo czasu, a do dnia dzisiejszego producent Sound Blastera nie zyskał sobie otwartego konkurenta. Na szczęście firma może osiąść na laurach, co zawdzięczamy stale rosnącą jakością układów dźwiękowych montowanych na płytach głównych oraz umacnianiu się pozycji konkurencyjnego do EAX standardu dźwięku przestrzennego, jakim jest OpenAL.

Zanim przejdziemy do omawiania, w jaki sposób dźwięk zapisywany jest w komputerze, rozważmy czym jest dźwięk sam w sobie w swojej analogowej postaci. Zrozumienie tego zagadnienia będzie bardzo przydatne podczas zapoznawania się z mechanizmem generowania dźwięku przez kartę muzyczną, a także z różnego rodzaju charakterystykami służącymi do oceny jakości tego dźwięku.

Ogólnie wiadomo, że dźwięk rozchodzi się w postaci fal. Nie wszyscy zdają sobie natomiast sprawę, że fale te mają postać znanej wszystkim ze szkoły sinusoidy. Przyjrzyjmy się dwóm przebiegom na rysunku poniżej.

sinusoida

- gitara, struna 'A'

Oba sygnały mają bardzo podobny kształt. Pierwszy z nich to "czysta" sinusoida, natomiast drugi przebieg to obraz fragmentu wybrzmiewającego dźwięku, jaki wydaje gitarowa struna "A" (choć niezbyt dokładnie nastrojona). Każdy człowiek przy odsłuchu tych dwóch dźwięków jest w stanie stwierdzić, że są one w pewnym sensie identyczne (mają dokładnie tą samą wysokość), a jednocześnie różnią się (drugi dźwięk to gitara, a pierwszy... raczej nie występuje w przyrodzie). Z matematycznego punktu widzenia, drugi z dźwięków to też sinusoida, z tym że zmodyfikowana przez dodanie kilku innych sinusoid o małej amplitudzie i odmiennych częstotliwościach. Te inne, o wiele "słabsze" dodatkowe sinusoidy nie wpływają na nasz odbiór wysokości dźwięku, ale potrafią nadać mu specyficzne brzmienie. W każdym razie obserwując wykres dźwięku możemy nadać mu dwie istotne i uniwersalne cechy: amplitudę, odpowiedzialną za głośność oraz okres przebiegu, określający wysokość dźwięku. Znacznie wygodniej niż okresem jest posługiwać się jego odwrotnością (1/T), czyli częstotliwością.

Skoro wiemy już, jak dźwięk "wygląda" dla człowieka, przejdźmy do opisu tego, w jaki sposób jest on zapisywany przez komputer. Oczywiście maszyna cyfrowa nie może zapisać pełnego przebiegu w postaci ciągłego wykresu - niezbędne jest przeprowadzenie procesu zwanego próbkowaniem. Komputer ogranicza się do zapisu wartość sygnału mierzonego co jakiś stały odcinek czasu, określony przez częstotliwość próbkowania (sampling rate). Wartości te nie mogą być dowolne - są one zaokrąglane do najbliższej dozwolonej liczby. Dokładność tego zapisu określa rozdzielczość próbkowania.

W przykładzie podanym na powyzszym rysunku dźwięk jest próbkowany w okresach co 0.005 sekundy, czyli z częstotliwością 200 Hz. Z kolei rozdzielczość wynosi 4 bity, co pozwala na przydzielenie każdej próbce jednej z 24 wartości. Można się domyślić, że im wyższa rozdzielczość i częstotliwość próbkowania, tym z większą dokładnością dźwięk zostanie zapisany. Istnieje nawet matematyczne twierdzenie zgodnie z którym, jeśli będziemy chcieli odtworzyć dźwięk na podstawie jego cyfrowego zapisu, częstotliwość próbkowania powinna być przynajmniej dwukrotnie większa od częstotliwości digitalizowanego sygnału. Młody człowiek potrafi usłyszeć dźwięki, na które składają się częstotliwości pomiędzy 20, a 20 kHz, a wraz z wiekiem zakres ten dodatkowo się zmniejsza. Z powyższych względów, przez lata standardową częstotliwością próbkowania było 44.1 kHz, czyli z pewnym zapasem dwukrotnie więcej niż maksymalna częstotliwość słyszalna przez człowieka. Za proces konwersji dźwięku z postaci analogowej na cyfrową odpowiedzialne są przetworniki analogowo-cyfrowe (AC - ADC z ang. "Analog-Digital Converter"). Operacja odwrotna, czyli zamiana zapisu cyfrowego na dźwięk analogowy, wygląda podobnie i jest realizowana przy wykorzystaniu przetworników cyfrowo-analogowych (CA - DAC z ang. "Digital-Analog Converter").

Karta muzyczna może być uzbrojona w bardzo szybki procesor i posiadać olbrzymią ilość pamięci, a i tak jakość dźwięku przez nią generowanego uzależniona jest głównie od specyfiki zastosowanych przetworników cyfrowo-analogowych. Opisane powyżej rozdzielczość oraz częstotliwość próbkowania mają kluczowy wpływ na wierność przetwarzanego dźwięku, ale tylko przy założeniu, że przetworniki AC/CA pracują bezbłędnie. W rzeczywistości nie możemy na to liczyć. Jakość pracy karty muzycznej określana jest zazwyczaj przez kilka fizycznie mierzalnych parametrów, których znaczenie postaramy się wyjaśnić.

Czym jest szum, chyba każdy wie. Wystarczy maksymalnie podkręcić głośność średniej jakości zestawu audio, nie odtwarzając przy tym muzyki, by szum bardzo wyraźnie usłyszeć. Oczywiście nawet gdy gra muzyka gra, szum choć bezpośrednio niesłyszalny, wpływa negatywnie na jakość odtwarzania. Ze względu na różnorakie zakłócenia elektromagnetyczne, urządzenia elektroniczne generują szum zawsze, kiedy tylko są włączone. Aby wyznaczyć SNR, w pierwszej kolejności należy zmierzyć natężenie "czystego" szumu na wyjściu karty muzycznej. Stosunek otrzymanej wartości do maksymalnej amplitudy sygnału, jaki można na wyjściu urządzenia uzyskać, to właśnie odstęp sygnału do szumu. Ponieważ liczby uzyskane w pomiarach są zazwyczaj ogromne, w celach porównawczych z końcowego wyniku wylicza się logarytm (a rezultat podaje w dB). Im SNR większy, tym poziom szumu jest mniejszy, a użytkownik bardziej zadowolony.

Dynamika dźwięku jest bardzo blisko związana z rozdzielczością próbkowania, o której można przeczytać powyżej. W procesie próbkowania każda z zapisywanych wartości jest siłą rzeczy zaokrąglana, w wyniku czego pewna część informacji o dźwięku zostaje przekłamana. Dla danej rozdzielczości próbkowania, maksymalną wartość dynamiki dźwięku można wyznaczyć ze wzoru 20*log[rozdzielczość]. W przypadku 16-bitowej karty dźwiękowej można łatwo wyliczyć, że jest to 96dB. W praktyce wartość dynamiki wyznacza się szukając minimalnej amplitudy sygnału, który można wygenerować na wyjściu karty dźwiękowej. Podobnie jak w przypadku SNR, oblicza się stosunek otrzymanej wartości do maksymalnej amplitudy sygnału, jaki można na wyjściu urządzenia uzyskać, a wynik się następnie logarytmuje.

Jak już wspominaliśmy dźwięk, czy nawet muzyka, z matematycznego punktu widzenia to po prostu suma sinusów o różnych amplitudach i częstotliwościach. Układy elektroniczne mają tendencję do zmiany amplitud poszczególnych składowych częstotliwości sygnału, tzn. niektóre z częstotliwości są "niechcący" wzmacniane, a inne osłabiane. Pasmo przenoszenia określa się w ten sposób, że na wyjściu układu dźwiękowego generuje się sygnał zawierający wszystkie interesujące nas częstotliwości (frequency sweep) i mierzy się, na ile uzyskany sygnał różni się od zadanego (dla każdej z częstotliwości składowych wyznacza się stosunek tych dwóch wartości, po czym, co nie powinno być już chyba zaskoczeniem, wynik jest logarytmowany). Idealnie, gdy na wykresie będącym obrazem wyników testu możemy zaobserwować linię prostą, przynajmniej w słyszalnym przez nas zakresie 20 - 20 000 Hz. Oznacza to, że karta muzyczna potrafi wiernie oddać każdy zadany jej sygnał. Poniżej możecie zobaczyć przykładowe wyniki testu zintegrowanej karty dźwiękowej (Realtek ALC880) przeprowadzonego za pomocą programu RightMark Audio Analyzer.

Przykładowa charakterystyka kiepskiego układu dźwiękowego

Teoretycznie najlepiej jest, by odtwarzany dźwięk był możliwie najwierniejszy oryginalnemu zapisowi. W praktyce niewielu to satysfakcjonuje. Zmiana położeń suwaków we wszelkiego rodzaju equalizerach (np. podbicie basu) to nic innego, jak zmiana tej właśnie charakterystyki.

Układy nieliniowe, do jakich można również zaliczyć karty muzyczne, posiadają pewną negatywną właściwość związaną z generacją tak zwanych wyższych składowych harmonicznych. Jeśli będziemy odtwarzać dźwięk o określonej częstotliwości f (np. 100 Hz), możemy spodziewać się, że na wyjściu układu pojawią się również słabe sygnały o częstotliwościach 3f, 5f (300Hz, 500Hz) itd., przy czym każdy kolejny sygnał tego szeregu będzie miał coraz mniejszą amplitudę. Wszystkie te dodatkowo wygenerowane sygnały sumują się z podstawowym, zadanym dźwiękiem, zniekształcając go. Najlepiej jest, by poziom tych zakłóceń był możliwie mały (a więc by wszystkie wyższe harmoniczne miały jak najmniejszą amplitudę w stosunku do pożądanego sygnału). Poziom takich zniekształceń określany jest przez współczynnik THD i wyrażany w procentach. Jeśli odtwarzany dźwięk, zbudowany jest z kilku różnych częstotliwości, wyższe harmoniczne generują się dla każdej z tych częstotliwości osobno. Dochodzi wtedy do zjawiska intermodulacji - wyższe składowe harmoniczne wpływają na siebie wzajemnie, tworząc kolejne składowe częstotliwościowe. Ten rodzaj zakłóceń określa współczynnik IMD, również wyrażany w procentach.

rzetworniki CA/AC mają kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o wierne odtworzenie cyfrowo zapisanej muzyki. Karta dźwiękowa nie zajmuje się jednak tylko i wyłącznie tłumaczeniem bit za bitem nagranego wcześniej przekazu audio. Nawet antyczne konstrukcję kart muzycznych posiadały wyspecjalizowane układy odpowiedzialne za pośrednie tworzenie dźwięku. Można się tu doszukać analogii do pewnej popularniejszej rodziny podzespołów komputerowych, a mianowicie kart graficznych. Nawet kilkuletnia taka karta potrafi prawidłowo wyświetlić obraz w wysokiej rozdzielczości, a jednak jest to jeden z najczęściej wymienianych komputerowych elementów. Wszyscy zdają sobie sprawę z faktu, że chociaż CPU decyduje o tym, co ma być wyświetlone na ekranie, nie zajmuje się wszystkimi obliczeniami. Pozostawiając większość kalkulacji GPU, który tworzy obraz na podstawie otrzymanych instrukcji, procesor może przeznaczyć swoje zasoby na inne cele.

Bardzo podobnie jest w przypadku kart muzycznych. Jednym z najstarszych sposobów generowania dźwięku w kartach muzycznych jest synteza FM (Frequency Modulation) - taka, jak we wspomnianych już kartach AdLib. Technika ta jest dosyć prosta. Syntezator wyposażony w liczne generatory wytwarza falę sinusoidalną o zadanej częstotliwości (tzw. falę nośną). Czysta fala sinus brzmi bardzo sztucznie, więc jest ona modyfikowana jest przez inne, równolegle tworzone fale modulujące. Proces modyfikacji fali nośnej przy pomocy innych fal nazywa się właśnie modulacją częstotliwości. Wygenerowany sygnał może być dodatkowo poddany filtracji, a w efekcie na wyjściu karty muzycznej otrzymujemy znośny dla ucha dźwięk.

Synteza FM nigdy nie była rozwiązaniem idealnym. Uzyskane tą techniką dźwięki nie brzmiały źle, ale jednocześnie niespecjalnie przypominały odgłosy występujące w przyrodzie, czy wydawane przez prawdziwe instrumenty muzyczne. Rozwiązaniem tego problemu miała być synteza Wave-Table. Dźwięki generowany przy pomocy tej techniki nie są tworzone od podstaw przez syntetyzer. W pamięci (niegdyś ROM na karcie muzycznej, teraz w pliku na dysku) przechowywany jest rzeczywisty przebieg przykładowego dźwięku - np. pianina, a (w uproszczeniu) jego odtwarzanie tego przykładowego sygnału z różną prędkością pozwala na stworzenie dźwięków o pożądanych częstotliwościach. Końcowy efekt, podobnie jak w przypadku syntezy FM, może poprawić dalsza cyfrowa filtracja otrzymanego przebiegu.

Naturalnie współczesne  karty muzyczne nie są wyposażane w potężne procesory tylko po to, by udawać orkiestrę symfoniczną. Duża część mocy obliczeniowej jest przeznaczona do stworzenia wiarygodnego dźwięku przestrzennego. Nie chodzi tu tylko o otoczenie słuchacza dźwiękami pochodzącymi z różnych stron. W grach komputerowych odtworzenie trójwymiarowej przestrzeni jest tak samo ważne, jak wierne oddanie innych cech środowiska, w którym wirtualny dźwięk jest wytwarzany. Jedną z najbardziej znanych technologii komputerowego dźwięku przestrzennego jest promowany przez Creative standard EAX (Environmental Audio eXtensions), debiutujący wraz z pojawieniem się na rynku karty Sound Blaster Live!. Oprócz obsługi kilku niezależnych kanałów dźwiękowych wspomniana karta muzyczna potrafiła obsłużyć pewne predefiniowane efekty środowiskowe (jak np. korytarz, czy jaskinia). W wersji EAX 2.0 efekty środowiskowe zaczęły być zależne od położenia źródeł dźwięku względem słuchacza; jeśli w wirtualnym świecie pomiędzy źródłem a graczem stała jakaś przeszkoda, można to było usłyszeć. W kolejnych wersjach EAX duży skok jakościowy zapewniło dodanie obsługi kilku środowisk jednocześnie - gość wirtualnego świata może przecież znajdować się w jednym miejscu, a źródło dźwięku w całkiem innym i w rzeczywistości można to usłyszeć. Majstersztykiem zdaje się być udostępnienie technologii dźwięku przestrzennego przy odsłuchu na zwykłych słuchawkach stereo. Może się to wydawać w pierwszym momencie wręcz nieprawdopodobne, ale wystarczy sobie uświadomić, że na co dzień korzystamy tylko z jednej pary uszu. Logicznie rzecz biorąc, powinniśmy rozpoznawać co najwyżej, że dźwięk dobiega z lewej lub prawej strony. Na szczęście ludzki mózg to bardzo zaawansowany biologiczny przetwornik sygnałowy. Rozważmy następujący przykład:

Przede wszystkim, z racji odrobinę krótszego dystansu, fala dźwiękowa do lewego ucha słuchacza dociera wcześniej, niż do ucha prawego. Ponadto, sygnał odbierany przez prawe ucho jest nieznacznie stłumiony, ze względu na występowanie na jego drodze przeszkody, jaką jest głowa. Na tej podstawie identyfikujemy położenie źródła dźwięku na płaszczyźnie. Potrafimy również określić pionowe położenie źródła dźwięku, a to dzięki temu, że małżowina uszna zniekształca sygnał w zależności od kąta jego padania.

Przez całe życie uczymy się podświadomie rozpoznawać subtelne różnice w docierających do naszych uszu sygnałach dźwiękowych i to na tej podstawie nasz mózg automatycznie określa położenie źródła. Ten fakt wykorzystywany jest przy tworzeniu dźwięku przestrzennego - nawet na zwykłych słuchawkach. Karta muzyczna oszukuje nasze uszy - sztucznie preparuje efekty jakie powstają w rzeczywistym środowisku.

Doskonalenie technologii dźwięku przestrzennego to duże wyzwanie i na tym polu Creative nie jest pozbawiony konkurencji. Co ciekawe, standard EAX ma szanse odpaść z wyścigu, jako że nowy system operacyjny Microsoftu, Windows Vista, nie wspiera go - na rzecz konkurencyjnego OpenAL - Open Audio Library.

Zdarza się, że ilość wyprowadzeń jest tak duża, że dla ich części niektóre z kart wykorzystują dodatkowy panel montowany na przykład w zatoce z przodu komputera. Jednak pomimo ogólnej mnogości wejść i wyjść karty muzycznej, możemy podzielić je jedynie na dwa typy: analogowe oraz cyfrowe. W najprostszym układzie, jak to ma miejsce dla układów zintegrowanych na płytach głównych, każde z analogowych wyjść ma postać standardowego gniada typu "jack" i odpowiada za dźwięk na jednej parze głośników czy słuchawek. Nieco inaczej sprawa przedstawia się w przypadku niektórych kart typu Sound Blaster - wyjść jest mniej, bo niektóre obsługują po trzy kanały dźwiękowe. Wejścia liniowe wyglądają identycznie jak wyjścia, a przeznaczone są do akwizycji analogowych sygnałów audio, pochodzących z urządzeń zewnętrznych (np. z mikrofonu).

Liczba dostępnych na kartach muzycznych gniazd cyfrowych jest o wiele skromniejsza i zazwyczaj ogranicza się do dwóch - jednego wejścia i jednego wyjścia typu SPDIF (Sony/Philips Digital Interconnect Format). Jedno złącze w zupełności wystarczy do transmisji dźwięku wielokanałowego. Rzecz w tym, że pojawiający się na wyjściu sygnał ma postać cyfrową i połączenie ma sens tylko w tedy, gdy po drugiej stronie znajduje się urządzenie cyfrowe potrafiące ten sygnał rozkodować. Z tego też względu nie ma mowy o podłączeniu do gniazda SPDIF zwykłych słuchawek. Pod złącze to można natomiast podpiąć zestaw kina domowego lub zaawansowany sprzęt do obróbki dźwięku.

Połączenie SPDIF występuje w dwóch odmianach: elektrycznym (coaxial) i optycznym (optical). W obu przypadkach  transmitowany sygnał ma postać cyfrową, jednak w pierwszym przypadku nośnikiem informacji są impulsy elektryczne, a w drugim - impulsy świetlne. Praktycznie rzecz biorąc, oba sposoby transmisji są jednakowo dobre. Zresztą, dokonania wyboru standardu ułatwiają nam producenci kart muzycznych umieszczając na swoich wyrobach najczęściej złącza jednego tylko rodzaju.

Choć gniazda SPDIF mają swój określony standard, firma Creative postanowiła pokusić się o swój własny. W przypadku kart Sound Blaster mamy do czynienia ze współdzielonym gniazdem analog/digital typu 'jack', które w zależności od ustawień programowych może pracować jako wejście/wyjście cyfrowe bądź jako wejście analogowe. W celu wykorzystania złącza cyfrowego na takiej karcie należy zaopatrzyć się w odpowiednią przejściówkę.

Postaramy się w końcu podpowiedzieć - czego przede wszystkim wymagać od karty dźwiękowej, dla której mamy sprecyzowane zastosowanie.

Wykorzystanie komputera jako odtwarzacza muzyki to dla prawdziwego audiofila profanacja. Dla zwykłego śmiertelnika takie rozwiązanie ma jednak mnóstwo plusów.  Muzyka z komputera wcale nie musi być niskiej jakość - jest to obwarowane kilkoma warunkami, w tym prawidłowym wyborem odpowiedniej karty muzycznej. Przede wszystkim urządzenie powinno cechować zastosowanie dobrej jakości przetwornikami CA. Należy zwrócić uwagę głównie na parametry takie, jak odstęp sygnału do szumu, poziom zniekształceń dźwięku, czy liniowość pasma przenoszenia.

Wbrew pozorom, karta dźwiękowa wcale nie musi oferować ponadprzeciętnej częstotliwości i rozdzielczości próbkowania. Wynika to z faktu, że zdecydowana większość plików muzycznych to skompresowane kopie utworów zapisanych na płytach CD Audio. Jak już wspomniano powyżej, muzyka na płytach audio jest zapisywana zgodnie z określonym standardem - częstotliwością próbkowania wynoszącą 44,1 kHz oraz 16-bitową rozdzielczością próbkowania. Wystarczy więc, że karta będzie w pełni wspierała odtwarzanie dźwięku w tym formacie. Warto wiedzieć też, że przy odtwarzaniu nie można tych parametrów w żaden sposób polepszyć. Nie ma co wierzyć w zapewnienia producentów, że jest inaczej.

Technologia 24-bit Crystalizer zastosowana w Sound Blaster X-Fi może w subiektywny sposób polepszyć jakość dźwięku, tak naprawdę go zniekształcając - podobny efekt można uzyskać wykorzystując programowe filtry. Użycie w nazwie technologii liczby 24 jest tylko chwytem marketingowym, w dodatku niezbyt eleganckim. Odnosząc się do świata obrazu - można robić zdjęcia w rozdzielczości 640x480, przeskalować je do 1024x960, a następnie wygładzić krawędzie - jednak każdy zauważy gołym okiem, że efekty tych operacji nie będą rewelacyjne.

Przy wyborze karty tylko "do słuchania" mało istotna jest obsługa dźwięku przestrzennego, gdyż utwory muzyczne są w większości zapisywane w formacie stereo. Zdarza się, że dołączane do kart oprogramowanie udostępnia różne technologie poprawy jakości dźwięku. Takie rozwiązania mają licznych zwolenników, należy jednak pamiętać, że ich działanie sprowadza się do zniekształcenia nagranego utworu - co jest dla niektórych nie do zaakceptowania. Wspomnijmy jeszcze, że nawet najlepsza karta dźwiękowa nie zapewni dobrej jakości odtwarzania muzyki bez naprawdę dobrych głośników (czy całego zestawu nagłaśniającego). Równie ważny jest format i stopień kompresji odtwarzanych plików - jeśli zamierzamy odsłuchiwać na komputerze mocno skompresowane pliki MP3 (z bitrate na poziomie 128 Kbit/s) niespecjalnie jest po co kupować najwyższej jakości kartę dźwiękową i głośniki.

Jeśli pragniemy, aby komputer stał się centrum kina domowego, wymagania co do karty muzycznej będą inne, niż w przypadku muzyki. Przede wszystkim dobrze będzie wybrać kartę, która wspiera  "filmowe" technologie dźwięku przestrzennego (Dolby Digital, Digital Theatre System) lub posiada cyfrowe wyjście audio (SPDIF). Złącza SPDIF możemy wykorzystać, jeśli posiadamy dobry zewnętrzny system Hi-Fi z odpowiednim wejściem. W takim wypadku, podczas odtwarzania filmu dźwięk nie jest przez kartę muzyczną odtwarzany, a jedynie przekazywany drogą cyfrową do zewnętrznego dekodera - końcowa jakość jest więc zależna wyłącznie od tego urządzenia. Rozwiązanie ma tę zaletę, że do odtworzenia wysokiej jakości dźwięku przestrzennego wystarczy byle jaki układ dźwiękowy na płycie głównej, o ile tylko posiada wyjście cyfrowe. Tym sposobem można odtwarzać również zwykłe MP3, ale powtórzmy - jakość w dźwięku w całości zależy wtedy od zewnętrznego dekodera. Jeśli nie posiadamy zestawu nagłaśniającego z zewnętrznym dekoderem, transformacje cyfrowej ścieżki dźwiękowej do postaci analogowej wykonuje karta muzyczna. Tak jak w przypadku odsłuchu muzyki, końcowy efekt w dużej mierze zależy więc od jakości dźwięku, jaki potrafi wygenerować karta. Należy przy tym pamiętać, że dźwięk  towarzyszący filmom może mieć wyższą jakość niż ten zapisywany na płytach CD, więc zwiększenie wymagań co do karty muzycznej jest uzasadnione.

Wybierając kartę dźwiękową do komputera powinniśmy wziąć pod uwagę jeszcze inne jej właściwości. Krystalicznie czysty dźwięk tłuczonego szkła lub wybuchającego granatu chyba nikomu do szczęścia nie jest potrzebny, ważniejsze jest wierne oddanie efektu i maksymalne odciążenie procesora. Wybierając kartę muzyczną przeznaczoną do gier w pierwszej kolejności trzeba postawić na moc obliczeniową. Ponieważ kanonada dźwięków dobiegająca z kilku głośników może być dla współmieszkańców nie do zniesienia, przydatna może okazać się funkcja generowania dźwięku przestrzennego na zwykłych słuchawkach stereo. Zwłaszcza nocą. Właścicieli lepszych zestawów kina domowego może zainteresować wiadomość, że niektóre karty dźwiękowe potrafią konwertować dźwięk generowany przez gry do formatu Dolby Digital i przekazywać go, podobnie jak w przypadku filmów, za pośrednictwem złącza SPDIF. Sztuczkę tą potrafi wykonać choćby karta Asus Xonar, ale już produkty z rodziny Sound Blaster (o układach zintegrowanych z płytą główną nie wspominając), nie poradzą sobie z tym zadaniem. Dla gracza istotne powinny być również pozostałe standardy dźwięku przestrzennego obsługiwane przez kartę. Do tej pory królował związany z firmą Creative system EAX, jednak jak już wspomnieliśmy, nie wspiera go Windows Vista. W ostateczności, użytkownicy Sound Blaster X-Fi mogą wykorzystać dodatkowe oprogramowanie umożliwiające wykorzystanie pod Vistą technologii EAX, jednak wszystko wskazuje na to, że nowe gry będą w większym stopniu nastawione na technologię OpenAL. Warto więc zainteresować się kartą, która w pełnie wspiera ten właśnie standard.

Tworzenie muzyki to chyba najbardziej ambitne zadanie, do którego można wykorzystać kartę dźwiękową. Wymagania są tu na pewno wysokie, ale nie w każdym obszarze. Przede wszystkim, karta powinna spełniać wszystkie warunki, jakie można przedstawić karcie przeznaczonej jedynie do odsłuchu. Dodatkowo, ponieważ dźwięk ma być nie tylko odtwarzany, ale również rejestrowany i przetwarzany (co wiąże się z obniżeniem jego jakości), karta powinna potrafić nagrywać z częstotliwościami próbkowania wyższymi niż 44 kHz i to przy 24-bitowej precyzji. Przy tworzeniu muzyki często zachodzi potrzeba podłączenia zewnętrznych urządzeń audio, więc rozsądnie jest wybrać produkt posiadający interface SPDIF in oraz kilka gniazd Line In. Świetnie też, jeśli karta muzyczna jest zgodna ze standardem ASIO (Audio Stream Input/Output), pozwalającym na zminimalizowanie opóźnień pomiędzy nią, a oprogramowaniem. Trzeba też zauważyć, iż w dalszym ciągu część zewnętrznych narzędzi (np. instrumentów), zwłaszcza tych starszych, komunikuje się z PC za pośrednictwem portu MIDI, nie zaszkodzi więc, jeśli karta muzyczna będzie posiadała także ten leciwy interface. Ważne są również możliwości i moc obliczeniowa zainstalowanych na pokładzie procesorów.

Nie mamy wątpliwości, że niniejszy artykuł nie wyczerpuje tematyki kart muzycznych. Ba, tekst ten może stanowić co najwyżej pewne wprowadzenie w ten dosyć zagmatwany świat. Jednak cel, jaki sobie postawiliśmy, to wyjaśnienie przeciętnemu użytkownikowi pewnych podstaw - tak, aby nie czuł się przed podjęciem decyzji zakupu karty muzycznej całkowicie zagubiony, miał o nich pewne pojęcie oraz wiedział, na co zwrócić uwagę przy wyborze.

Na koniec przypominamy, że za jakość dźwięków dobiegających z naszego komputera odpowiada jeszcze jeden element, ważniejszy nawet od karty muzycznej. To dobrej klasy głośniki. Podpięcie pod Sound Blasters X-Fi wartych 100 złotych głośniczków można przyrównać do inwestycji w wydajną kartę grafiki, której przeznaczeniem jest współpraca ze starym, 14-calowym monitorem. Jeśli myślimy o inwestycji w jeden element, warto zadbać, aby dostarczane przez niego wrażenia nie zostały przytłumione przez ten drugi.