Introdução
Antes da invenção da placa de som, um PC
conseguia reproduzir um único som: um bip. Embora o computador fosse
capaz de alterar a freqüência e a duração do bip, não havia como alterar
o volume ou criar outros sons.
Inicialmente, o bip agia como um
sinal ou uma advertência. Posteriormente foram desenvolvidas músicas
para os primeiros jogos de computador utilizando bips com diferentes
espaçamentos e durações. Essas músicas não eram muito realísticas. Você
pode ouvir uma amostra de algumas dessas trilhas sonoras em Crossfire Designs (em inglês).
Placa de som de um PC |
Felizmente,
a capacidade de som dos computadores evoluiu significativamente nos
anos 80, quando diversos fabricantes introduziram placas adicionais
dedicadas ao controle do som. Hoje, um computador com uma placa de som
pode fazer muito mais do que um bip. Pode reproduzir áudio 3D para jogos
ou som surround para reprodução de DVDs, além de poder capturar e gravar sons de fontes externas.
Neste artigo, você aprenderá como uma placa de som permite que um computador produza e grave sons reais em alta qualidade
Som 3D x som surround soundProjetistas de jogos utilizam som 3D
para oferecer um som rápido e dinâmico que muda de acordo com a posição
de um jogador dentro do jogo. Além de utilizar sons de diferentes
direções, essa tecnologia permite reproduções de som realísticas que
desviam ou atravessam obstáculos. O som surround também utiliza o som de diversas direções, mas não muda baseado nas ações do usuário. Ele é mais comum em home theaters.
Analógico x digital
Os sons e os dados do computador são fundamentalmente diferentes. Os
sons são analógicos, feitos de ondas que viajam pela matéria. As pessoas
escutam sons quando essas ondas fazem vibrar seus tímpanos. Computadores, no entanto, comunicam-se digitalmente utilizando impulsos elétricos que representam 0 e 1. Assim como uma placa de vídeo, a placa de som traduz a informação digital de um computador para informações analógicas do mundo exterior e vice-versa.
O som é feito de ondas que viajam por um meio, como a água e o ar
A placa de som básica é uma placa de circuito impresso que utiliza quatro componentes para traduzir as informações analógicas e digitais :
- um conversor analógico/digital (ADC)
- um conversor digital/analógico (DAC)
- uma interface ISA ou PCI para conectar a placa de som à placa-mãe
- conexões de entrada para o microfone e de saída para os alto-falantes
Em vez de conversores A/D e D/A separados, algumas placas de som utilizam um chip codificador/decodificador, também chamado de CODEC, que realiza as duas funções.
Uma placa de som tem que realizar a tradução entre ondas de som e bits e bytes |
Na próxima seção, abordaremos as conversões analógico/digital e digital/analógico que acontecem na placa de som.
Um dos mais recentes avanços na tecnologia de placas de som é o X-Fi, ou Xtreme Fidelity (Extrema Fidelidade), da fabricante da SoundBlaster, a Creative. Abaixo estão relacionadas as características do X-Fi.
- "Active Modal Architecture" (Arquitetura Modular Ativa), que proporciona opções de som para jogos, lazer ou criação de músicas.
- Um Processador Digital de Sinais (DSP) com 51 milhões de transistores.
- Mecanismos de processamento múltiplos, cada um realiza operações específicas de som.
- Um Cristalizador de 24 bits, que compensa parte da perda de qualidade sonora natural da gravação de CD de 16 bits.
O ExtremeTech (em inglês) possui um artigo didático com detalhes das características do X-Fi.
Conversores analógico/digital e digital/analógico
Imagine utilizar seu computador para gravar sua voz. Primeiro você fala em um microfone
conectado à sua placa de som. O conversor analógico/digital traduz as
ondas analógicas da sua voz em dados digitais que o computador possa
entender. Para fazer isso, ele cria uma amostragem ou digitaliza o som
medindo as ondas de maneira precisa em intervalos freqüentes.
O conversor analógico/digital mede as ondas de som em intervalos freqüentes |
O número de medidas por segundo, chamado de taxa de amostragem, é medido em Hz. Quanto mais rápida for a taxa de amostragem de uma placa de som, mais precisa será a reconstrução da onda.
Se você fosse reproduzir a sua gravação pelos alto-falantes,
o conversor D/A faria o processo inverso do conversor A/D. Com medições
precisas e uma rápida taxa de amostragem, o sinal analógico restaurado
pode ser quase idêntico à onda de som original.
Contudo, mesmo
altas taxas de amostragem causam alguma redução de qualidade no som. O
processo físico de transporte do som por cabos também pode causar distorção. Os fabricantes utilizam duas medidas para descrever essa redução na qualidade do som:
- distorção harmônica total (THD - Total Harmonic Distortion), expressada em percentagem
- relação sinal/ruído (SNR - Signal to Noise Ratio), medida em decibéis
Tanto
para a THD quanto para a SNR, valores menores significam maior
qualidade. Algumas placas possuem uma entrada digital, o que permite o
armazenamento de gravações digitais sem convertê-las para o formato
analógico.
Métodos de produção de somComputadores e placas de som podem utilizar diversos métodos para produzir sons. Um deles é a síntese por modulação de freqüência (FM), na qual o computador sobrepõe múltiplas ondas sonoras para criar formatos de onda mais elaborados. Outro método é a síntese por tabela de ondas,
que utiliza amostragens de instrumentos reais para replicar sons
musicais. Esse método utiliza normalmente várias amostragens do mesmo
instrumento em diferentes timbres para proporcionar sons mais reais.
Geralmente, a síntese por tabela de ondas cria reproduções de som mais
fiéis do que a síntese FM. |
A seguir, veremos outros componentes normalmente encontrados nas placas de som e o que eles fazem.
Outros componentes da placa de som
Além dos componentes básicos necessários para o processamento do som,
muitas placas de som possuem hardware ou conexões de entrada e saída
adicionais.
- Processador Digital de Sinais (DSP): assim como uma unidade de processamento gráfico (GPU), o DSP é um microprocessador
especializado. Ele alivia parte do trabalho da CPU (unidade central de
processamento) realizando cálculos para conversões analógicas e
digitais. Os DSP podem processar simultaneamente múltiplos sons ou
canais. As placas de som que não possuem esse processador utilizam a CPU
para essa função.
- Memória: assim como nas placas de vídeo, uma placa de som pode utilizar sua própria memória para proporcionar um processamento de dados mais rápido.
- Conexões de entrada e saída: a maioria das placas de som possui, no mínimo, conexões para microfone e alto-falantes. Algumas delas apresentam tantas entradas e saídas que possuem uma breakout box, que normalmente é instalada em uma das baias de drive. Ela inclui as seguintes conexões:
- conexões múltiplas de alto-falantes para som 3D e som surround;
- interface
digital Sony/Philips (S/PDIF), um protocolo de transferência de
arquivos para dados de áudio. Esse protocolo utiliza uma conexão ótica
ou coaxial para entrada ou saída da placa de som;
- interface
digital para instrumentos musicais (MIDI - Musical Instrument Digital
Interface), utilizada para conectar sintetizadores ou outros
instrumentos eletrônicos aos computadores;
- conexões FireWire e USB, que conectam áudio digital ou gravadores de vídeo à placa de som.
Imagem cedida por HowStuffWorks Shopper Uma placa de som PCI |
A seguir, veremos as opções de som integrado na placa-mãe e controle de som externo.
Drivers e APIsAssim como a placa de vídeo,
uma placa de som utiliza um software que a auxilia a se comunicar com
os aplicativos e as outras partes do computador. Esse software inclui os
drivers da placa de som, que permite a comunicação da placa com o sistema operacional. Ele inclui ainda interfaces de programas aplicativos
(APIs - Application Program Interfaces), que são um conjunto de regras
ou padrões que facilitam a comunicação do software com a placa de som.
As APIs mais comuns são:
- Microsoft: DirectSound
- Creative: Environmental Audio Extensions (EAX) e Open AL
- Sensaura: MacroFX
- QSound Labs: QSound
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