Sonido y Altavoces

¿Que es una tarjeta de sonido?
La tarjeta de sonido es un dispositivo que se conecta a la placa base del ordenador, o que puede ir integrada en la misma. Reproduce música, voz o cualquier señal de audio. A la tarjeta de sonido se pueden conectar altavoces, auriculares, micrófonos, instrumentos, etc.

Historia
El pitido que oímos cuando arrancamos el ordenador ha sido durante muchos años el único sonido que ha emitido el PC, ya que en un principio no fue pensado para manejar sonido, el altavoz interno servía únicamente para comunicar errores al usuario.

Pero el gran cambio surgió cuando empezó a aparecer el software que seguramente más ha hecho evolucionar a los ordenadores desde su aparición: los videojuegos. Además de esto, un poco más tarde en plena revolución de la música digital, cuando empezaban a popularizarse los instrumentos musicales digitales, apareció en el mercado de los PC compatibles una tarjeta que lo revolucionó, la tarjeta de sonido SoundBlaster.

Por fin era posible convertir sonido analógico a digital para guardarlo en nuestro PC, y también convertir el sonido digital que hay en nuestro PC a analógico y poder escucharlo por nuestros altavoces. Posteriormente aparecieron el resto de tarjetas, todas más o menos compatibles con la exitosa SoundBlaster original, que se convirtió en el estándar indiscutible.

Tipos de tarjetas
Podemos clasificar las tarjetas de sonido según los canales que utilizan. Las tarjetas más básicas utilizan un sistema 2.1 estéreo, con una salida de jack, a la que podemos conectar dos altavoces.
Las tarjetas cuadrafónicas permiten la reproducción de sonido envolvente 3D. Estas tarjetas disponen de dos salidas analógicas, lo que permite conectar sistemas de altavoces 4.1 o 5.1. También suelen incluir la interfaz S/PDIF, para el sistema Dolby Digital.
Existen otras tarjetas con conectores para otros dispositivos, que normalmente tienen un uso profesional o semiprofesional, como los MIDI.

Funciones basicas
La mayoría de tarjetas de sonido implementan cuatro funciones básicas: captura, reproducción, síntesis y procesamiento de sonido.

• Captura
La señal acústica procedente de un micrófono u otras fuentes se introduce en la tarjeta por los conectores. Esta señal se transforma convenientemente y se envía al computador para su almacenamiento en un formato específico.

• Reproducción
La información de onda digital existente en la máquina se envía a la tarjeta. Tras cierto procesado se expulsa por los conectores de salida para ser interpretada por un altavoz u otro dispositivo.

• Síntesis
El sonido también se puede codificar mediante representaciones simbólicas de sus características (tono, timbre, duración...), por ejemplo con el formato MIDI. La tarjeta es capaz de generar, a partir de esos datos, un sonido audible que también se envía a las salidas.

MIDI se trata de un estándar creado por varios fabricantes, que permite la conexión de cualquier instrumento, que cumpla con esta norma, al ordenador, e intercambiar sonido y datos entre ellos. Así, es posible controlar un instrumento desde el PC, enviándole las diferentes notas que debe tocar, y viceversa; para ello se utilizan los llamados secuenciadores MIDI.

Procesamiento de sonido

Finalmente, otra importante función es el procesamiento de sonidos existentes (generalmente almacenados en el disco duro como archivos). De nuevo, la tarjeta de sonido aplica su capacidad de procesamiento, ahorrando todo ese trabajo a la CPU.

Es un hardware imprescindible, ya que si estas funciones fueran realizadas por la CPU, el rendimiento del sistema se vería afectado negativamente.

Es conveniente citar que las tarjetas de sonido se dividen en dos tipos: half duplex y full duplex.

Las tarjetas full duplex son capaces de producir (operación de salida) y capturar (operación de entrada) señales de audio de forma simultánea.
Las tarjetas half duplex sólo pueden realizar una de estas operaciones cada vez.
Muchas aplicaciones exigen una tarjeta full duplex para su correcto funcionamiento (por ejemplo, aplicaciones de videoconferencia y algunos juegos).

Componentes fundamentales
El “corazón” de cualquier tarjeta de sonido está formado por tres subsistemas: el convertidor analógico/digital (CAD), el procesador digital de señales (DSP, Digital Signal Processor) y el convertidor digital/analógico (CDA).


CAD
El CAD actúa como interfaz con el mundo exterior del PC para la entrada de audio. En el exterior del PC, el sonido se encuentra en forma de ondas de presión. Gracias a un transductor primario, que suele ser un micrófono, dichas ondas de presión se convierten en señales eléctricas. El CAD es capaz de tomar muestras de tensión sobre dichas señales, y asignar valores digitales (números binarios) a cada muestra. Con ello, se consigue una representación del sonido en formato digital que, ahora sí, puede ser tratado por un procesador. El uso de un micrófono no es imprescindible, ya que cualquier fuente de audio como un reproductor de cintas o un receptor de radio entrega el sonido -directamente- en forma de señales eléctricas.

CDA
El CDA realiza el proceso inverso, implementando la interfaz entre el PC y el mundo exterior para la salida de audio. El CDA toma una secuencia de datos digitales, y transforma dichos datos en niveles de tensión, creando una señal eléctrica analógica. Empleando después un transductor (típicamente unos altavoces o cascos), las señales eléctricas se convierten en ondas de presión, audibles por el ser humano.

DSP
Entre el CAD y el CDA se encuentra el DSP, que dota a la tarjeta de capacidad de procesamiento. El DSP es un procesador especializado en el tratamiento de señales digitales, para lo cual es necesaria una elevada capacidad de cálculo, que no es posible obtener mediante procesadores convencionales. Sus características son similares a las de un procesador de propósito general pero, en cambio, su arquitectura es diferente.

En conclusión, el DSP de la tarjeta de sonido es el centro de tratamiento de audio del PC (por ejemplo, la aplicación de efectos como los ecos se deben a dicho componente). Como se puede intuir, la tarjeta de sonido suele incorporar memoria, como complemento indispensable para el DSP.


Elementos de interfaz
Los tres componentes presentados constituyen el núcleo de la tarjeta, pero es necesario complementarlos con ciertos elementos de interfaz.



En primer lugar, se encuentra un conjunto de conectores de entrada y salida, que constituyen la interfaz analógica con el mundo exterior, desde el punto de vista del usuario.


Las entradas y salidas se conectan a un dispositivo mezclador, que combina las diferentes señales de audio, con niveles individuales controlables por el usuario.

Algunas tarjetas proporcionan entradas y salidas digitales. Éstas permiten introducir la información de audio directamente en formato digital, evitando el CAD y el CDA. Con ello se consigue una mayor calidad en los resultados, ya que los procesos de conversión entre los mundos analógico y digital conllevan una inevitable pérdida de calidad.

Por otro lado, muchas tarjetas están dotadas de una interfaz MIDI, que permite conectar instrumentos musicales al PC a través de una interfaz digital estándar. También es frecuente encontrar un puerto de juegos, que permite conectar dispositivos de control como joysticks.

Finalmente, hay que hablar de una interfaz imprescindible: la que comunica la tarjeta de sonido con el bus del PC. Dicha interfaz caracteriza en gran medida las prestaciones de la tarjeta. En efecto, las tarjetas de sonido ISA suelen ofrecer menores prestaciones que las PCI.

Estas últimas son las más comunes -con gran diferencia- en la actualidad. Incluso muchos PC incorporan la tarjeta de sonido en la propia placa base, en forma de chipset (con lo que se gana una ranura PCI libre para otra tarjeta de expansión).

Frecuencia de muestreo
Otra de las funciones básicas de una tarjeta de sonido es la digitalización; para que el ordenador pueda tratar el sonido, debe convertirlo de su estado original (analógico) al formato que él entiende, binario (digital). En este proceso se realiza lo que se denomina muestreo, que es recoger la información y cuantificarla, es decir, medir la altura o amplitud de la onda. El proceso se realiza a una velocidad fija, llamada frecuencia de muestreo; cuanto mayor sea esta, más calidad tendrá el sonido, porque más continua será la adquisición del mismo.

Resumiendo, lo que aquí nos interesa saber es que la frecuencia de muestreo es la que marcará la calidad de la grabación; por tanto, es preciso saber que la frecuencia mínima recomendable es de 44.1 KHz, con la que podemos obtener una calidad comparable a la de un disco compacto.

Polifonía
¿Qué queremos decir cuando una tarjeta tiene 20 voces? Nos estamos refiriendo a la polifonía, es decir, el número de instrumentos o sonidos que la tarjeta es capaz de emitir al mismo tiempo. Las más sencillas suelen disponer de 20 voces, normalmente proporcionadas por el sintetizador FM, pero hoy en día no debemos conformarnos con menos de 32 voces. Las tarjetas más avanzadas logran incluso 64 voces mediante sofisticados procesadores, convirtiéndolas en el llamado segmento de la gama alta.

Complementos
Lo primero que debemos elegir después de comprar la tarjeta de sonido son los altavoces. Estos van a depender de la tarjeta que tengamos: si la tarjeta es cuadrafónica, debemos comprar un equipo con 4 altavoces, y subwoofer opcional.

El sistema de altavoces debe ser compatible con los canales de salida de la tarjeta, y tendremos que elegir entre diferentes modelos y potencias.

Podreis informaros más sobre altavoces en la próxima entrada.