Controladora de so

La controladora de so és un dispositiu (normalment una targeta d'expansió, però també pot estar integrat a la placa base) que té com a funcions:

Targeta d'àudio 7.1: té moltes sortides per cadascun dels canals.

1. Reproducció (DAC): transformar les dades digitals d'àudio a analògiques. Pot utilitzar els següents sistemes:
   • Conversió directa digital/analògica de sons samplejats (mostrejats).
   • Generació de sons instrumentals a través d'un sintetitzador de taula dones (wavetable) i esdeveniments MIDI.
   • Generació de sons mitjançant síntesi (per exemple síntesi FM, etc.)
2. Enregistrament: transformar les dades analògiques a digitals (gravació). Ho realitza el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter).
3. Processsament: descarregar la CPU del processament de les dades d'àudio (típicament els efectes com ecos, equalitzacions, etc.). Aquesta feina la sol realitzar el DSP (Digital Signal Processor).

Àudio digital

Àudio mostrejat. Quantes més mostres per segon prenem, més fidel a la ona original serà.

Per poder enregistrar i manipular informació d'àudio digital necessitem prendre mostres de la ona acústica original per poder reconstruir-la després. Aquest procés s'anomena mostreig (sampling en anglès).

Per digitalitzar una senyal cal 2 passes:

• Mostreig: agafem dades cada cert interval de temps, el què s'expressa en la freqüència de mostreig (mostres per segon). Quant més alta és aquesta freqüència millor qualitat de so obtindrem.

  Com a referència tenim la qualitat CD que és de 44.100 Hz (44.100 mostres per segon). Aquesta freqüència s'ha triat per tal d'abastar totes les freqüències que la oïda pot captar, que és fins els 20.000 Hz. Per poder enregistrar una freqüència determinada cal que la freqüència de mostreig sigui el doble (Teorema de Nyquist).

• Quantització: encaixem el valor de la mostra en un valor digital estàndard d'un cert número de bits (típicament 8/16 bits per mostra).

Observa les 2 imatges següents i intenta detectar quines diferències hi veus i a què creus que és degut.

Si ho has entès correctament, veuràs que una d'aquestes és més "fidel" a la ona original. Però això és perquè encara no ha estat quantitzada. Cada cop que quantitzem estem perdent qualitat, per això convé que el nº de bits per mostra sigui alt.

En les següents senyals veuràs com canvia el senyal depenent del nº de bits per mostra. Intenta indicar en cada pas què ha canviat, si la frequència de mostreig o la quantització.

Components i funcionament

Esquema de targeta de so (Font: Wikipedia, Subsistema).

Les 3 característiques que hem descrit (reproducció, gravació i processament) es realitzen mitjançant el següent esquema.

Els components que la formen son:

• Mesclador: distribueix les diferents senyals de la targeta a les diferents entrades i sortides físiques. També adapta senyals i volums (guany del preamplificador).
• ADC (Analog-to-Digital Converter): transforma el senyal acústic en dades digitals.
• DAC (Digital-to-Analog Converter): transforma les mostres digitals en ona acústica.
• DSP (Digital Signal Processor): microprocessador capaç d'aplicar efectes i transformacions al senyal d'àudio en temps real.
• Buffer (RAM): memòria intermitja entre la CPU i la sortida de la targeta.
• Sintetitzador de taula d'ona (o wavetable): és un dispositiu amb mostres prèviament samplejades que pot generar sons instrumentals mitjançant senyal MIDI.
• Sintetitzador FM: dispositiu que pot generar sons a través de senyal MIDI.

Noteu que la targeta 7.1 té moltes sortides per cadascun dels canals.

Síntesi

La síntesi és un procés de creació de so a partir de notes o events MIDI.

Els connectors MIDI han estat l'estàndard pels instruments musicals durant molt de temps, però progressivament s'estan substituïnt pel USB.

MIDI significa Musical Instrument Digital Interface, i especifica els connectors DIN per enllaçar dispositius musicals i també el protocol per enviar dades musicals, per això s'ha transformat en l'estàndard d'informació musical.

Els events MIDI són especificacions de notes, i es solen enregistrar en arxius .mid, que vindrien a ser com una partitura. Exemples d'esdeveniments MIDI:

• Nota Fa#3 ON (velocitat=100)
• Nota Do4 ON (velocitat=76)
• Nota Fa#3 OFF
• Nota Mib4 ON (velocitat=33)
• ...

Com podeu veure s'activen notes més fortes o més fluixes depenent del paràmetre "velocitat". També parem les notes quan sigui convenient amb l'event "Note xxx OFF". D'aquesta manera el sintetitzador pot executar una partitura com si l'estigués tocant algú amb, per exemple, un piano.

El sintetitzador és el dispositiu que crearà el so, amb tècniques molt diverses segons la seva natura:

• Sintetitzador de taula d'ones (wavetable): la "taula d'ones" és una ROM amb les ones prèviament enregistrades dels instruments reals. Per tant, els sons solen ser força realistes (depenent de la qualitat de les mostres).
• Sintetitzador FM: molt anterior als wavetable, crea sons artificials generant ones sintètiques (per això els sons no s'assemblen als instruments reals).

Formats

El sistema 7.1 amb 7 canals i un subwoofer.

Segons el sistema d'altaveus tenim diversos formats:

• Mono: 1 canal
• Stereo: 2 canals
• Quadrafònic: 4 canals, sistema obsolet
• Surround 5.1: 5 canals + 1 subwoofer
  • Frontals(3): LCR = Left, Center, Right
  • Posteriors(2): Lb + Rb = Left back + Right back
• Surround 7.1: 7 canals + 1 subwoofer
  • Frontals(3): LCR
  • Laterals(2): SL + SR = Side Left & Side Right
  • Posteriors(2): Lb + Rb

Els bafles (caixes) de 3 vies tenen 3 altaveus: aguts (tweeter), mitjos (sqwaker) i greus (woofer). Els sistemes actuals acostumen a ser de 2 víes, però.

Els subwoofers (subgreus) no es consideren un canal pròpiament ja que l'àudio que emeten s'extreu de les freqüències més greus de tots els canals junts. Es sol fer així ja que permet fer els altres altaveus (satèl·lits) més petits. Es pot posar sota el sofà o en qualsevol indret apartat de la vista, ja que la oïda no és capaç de detectar la localització exacta dels subgreus.

Els equips Hi-Fi (alta fidelitat) no acostumen a portar subgreus, i si en tenen és ben bé un afegit al sistema que ja de per sí te uns bons greus.

TODO

• Compressió
• DSPs
• Connectors
  • analògics (RCA, jack, cannon)
  • digitals: S/PDIF (coaxaial, RCA) , interfície òptica, ADAT
• Multipista
• Tipus i preus de targetes