Karty dźwiękowe

Charakterystyka karty muzycznej

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.

Odstęp sygnału do szumu (Signal to noise Ratio, SNR)

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 (Dynamic Range)

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.

Pasmo przenoszenia (Frequency response)

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.

Zniekształcenia nieliniowe: THD (Total Harmonic Distortion), IMD (Intermodulation Distortion)

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.