Tarjetas de sonido

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).
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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
Típica FM (compatible SB 16)
Estándar GM (General MIDI)
Tipo Wavetable (estilo SB 32)
Maxi Sound Home Studio, SB AWE 64
Nº de bits
8 ó 16
16
16
16
Polifonía
20
24
32
64
2
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
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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.
Cuadrafonía real (4
Hardware
Software QUARTZ
Audio Master SE:
DSP con 64 voces de
polifonía
canales en 2 salidas
estéreo)
reverberación, coro,
Multiefectos en tiempo
flanger, eco, ... sobre el
real Ecualizador gráfico y
sonido MDI y sobre
paramétrico de 4 bandas
ficheros WAV:
Ampliable a 16 Mb de
4 Mb de ROM para
RAM para sonidos del
sonidos wavetable
usuario
Grabación y reproducción 8 pistas estéreo en
de audio Multipista, con reproducción, 1 estéreo en
secuenciador integrado
grabación
grabación y reproducción
de audio simultánea (full
duplex)
eco y reberv sobre las
entradas de micrófono y
línea
Edición de audio pista por
pista. Edición de partituras
Efectos en tiempo real (de
Secuenciador MIDI de 64 Sincronismo SMPTE para
espacio, coro,
pistas.
grabadoras externas
ecualizador...)
Para añadir efectos a
Rever y coro al MIDI,
Sonido surround (2 ó 4
Software Maxi FX Home juegos y música. Se
altavoces), ecualizador,
reverb y eco al audio
Studio:
pueden almacenar hasta
WAV
etc.
800 efectos.
Software Cakewalk
Software Sound
Requiere 486 DX266, 4
Software Internet Phone
Express
Impression
Mb RAM y Windows 3.x
Sound Blaster AWE 64 Gold.
Hardware
32 voces de por hardware y Sonido envolvente de
32 más por software
360 grados Emu 3D
Waveguide
Positional Audio
Tecnología Sondius
Multiefectos reverberación WaveGuide de modelado
y coro en tiempo real
físico (sólo 14
instrumentos incluidos)
Grabación y
reproducción de audio
simultánea (full duplex)
Mezclador digital de 20
bits
4
1 Mb de ROM para sonidos 4 Mb de RAM para
wavetable, con chip
sonidos del usuario,
EMU8000
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.
DSP (procesador digital de Grabación y reproducción
la señal) Motorola 56002. de audio simultánea (full
Hardware
Multiefectos digital de 24 duplex) usando tecnología
Hurricane (no usa DMA)
bits
Relación Señal/Ruido
mejor de 97 dB.
Distorsión armónica
Multiefectos reverberación Conversor analógico a
menor que el 0.005%. 128
y coro en tiempo real
digital (ADC) de 20 bits
sobremuestreos de entrada
y filtro de salida de 128
interpolaciones.
48 canales MIDI
6 Mb de ROM para
Salida y entrada digital de
simultáneos (32 los 2
sonidos del usuario,
audioestándar S−PDIF
sintetizadores internos, y
ampliables a 48 Mb.
Cable MIDI incluido
16 para instrumentos
(SIMMs de 72 contactos)
MIDI externos)
Fabricado por Voyetra
Más de 1.00 pistas de
Software Digital
Secuenciador Audio y
Technologies, propietaria
Audio y MIDI
Orchestrator Plus 3.0
MIDI integrados
de Turtle Beach Systems
Requiere 486DX2 66Mhz,
Los drivers permiten
Software de Librería de
instalar múltiples tarjetas 8 Mb RAM y Windows
Software Audio Station 2
Sonidos
3.1
en el mismo equipo.
64 voces de polifonía por
hardware. Contiene dos
sintetizadores Kurzweil
con 32 notas cada uno.
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)
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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
6
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
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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.
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