Κάρτα ήχου

Η κάρτα ήχου είναι μια κάρτα επέκτασης του ηλεκτρονικού υπολογιστή που μπορεί να εισάγει και εξάγει ήχο υπό τον έλεγχο ειδικών προγραμμάτων. Τυπικές χρήσεις μιας κάρτας ήχου περιλαμβάνουν την παροχή του ηχητικού συστατικού για εφαρμογές πολυμέσων όπως η σύνθεση μουσικής, επεξεργασία βίντεο ή ήχου, παρουσίαση/εκπαίδευση, και ψυχαγωγία (παιχνίδια). Διάφοροι ηλεκτρονικοί υπολογιστές διαθέτουν ενσωματωμένες δυνατότητες αναπαραγωγής ή/και επεξεργασίας ήχου, ενώ άλλοι συμπεριλαμβάνουν ειδικές κάρτες επέκτασης προκειμένου να προστεθεί η κάρτα ήχου όταν τη χρειαστεί ο χειριστής.

Γενικά Χαρακτηριστικά

Μια χαρακτηριστική κάρτα ήχου περιλαμβάνει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα ήχου που περιέχει συνήθως ένα ψηφιακό-σε-αναλογικό μετατροπέα, ο οποίος μετατρέπει τις καταγεγραμμένες ή τις παραγόμενες ψηφιακές κυματομορφές ήχου σε αναλογική μορφή. Αυτό το σήμα οδηγείται σε ένα (τύπου ακουστικού) βύσμα όπου μπορεί να συνδεθεί ένας ενισχυτής, ακουστικά ή άλλη παρόμοια συσκευή. Τα πιο προηγμένα σχέδια περιλαμβάνουν συνήθως περισσότερα από ένα ολοκληρωμένα κυκλώματα ήχου, για το διαχωρισμό των διεργασιών επεξεργασίας συντεθειμένων ήχων (συνήθως για την παραγωγή σε πραγματικό χρόνο της μουσικής και των ειδικών εφέ με μικρά ποσά δεδομένων) και ψηφιακής αναπαραγωγής ήχου.
Το τελευταίο επιτυγχάνεται συνήθως από πολυδιαυλικά DACs, ικανά να αναπαράγουν πολλά ψηφιακά δείγματα διαφορετικής ποιότητας και έντασης ήχου και πολλές φορές να εφαρμόζουν, ακόμη και σε πραγματικό χρόνο, μουσικά εφέ σε αυτά, όπως το φιλτράρισμα ή διαστρέβλωση. Μερικές φορές, η πολυκάναλη ψηφιακή αναπαραγωγή ήχου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη σύνθεση μουσικής εάν συνδυαστεί με μια ψηφιοποιημένη τράπεζα οργάνων κάποιου είδους, η οποία αποτελείται από ένα μικρό ποσό μνήμης ROM  ή Flash που περιέχει δείγματα τα οποία αντιστοιχούν σε πρότυπα όργανα MIDI. (Ένας άλλος τρόπος να συντεθεί ήχος σε ένα PC είναι να χρησιμοποιηθούν κάποια "codecs", τα οποία στηρίζονται σε μεγάλο ποσοστό σε κάποιο λογισμικό για σύνθεση μουσικής, διαμόρφωση MIDI και εξομοίωση πολλαπλών καναλιών. Αυτή η προσέγγιση έχει γίνει κοινή δεδομένου ότι οι κατασκευαστές επιδιώκουν να απλοποιήσουν το σχέδιο και το κόστος μιας κάρτας ήχου). 
Οι περισσότερες κάρτες ήχου έχουν μια κύρια είσοδο (line in), από όπου μπορεί να εισαχθεί το ηχητικό σήμα, από τα όργανα καταγραφής ταινιών, κασετών ή παρόμοιων ηχητικών πηγών. Η κάρτα ήχου μπορεί να ψηφιοποιήσει αυτό το σήμα και να το αποθηκεύσει (ελεγχόμενα από το αντίστοιχο λογισμικό υπολογιστών) στον σκληρό δίσκο του υπολογιστή προκειμένου να αναπαραχθεί ή να υποστεί επεξεργασία. Ένα άλλο χαρακτηριστικό βύσμα εξωτερικής σύνδεσης, είναι αυτό του "μικροφώνου", το οποίο συνδέεται με το μικρόφωνο ή οποιαδήποτε άλλη συσκευή εισόδου, που παράγει σήμα χαμηλότερου επιπέδου τάσης σε σύγκριση με εκείνες που συνδέονται με την κύρια είσοδο (line in). Η εισαγωγή του ήχου μπορεί ομοίως να ψηφιοποιηθεί και να αποθηκευθεί στο σκληρό δίσκο ή αλλιώς να χρησιμοποιηθεί από ειδικές εφαρμογές όπως λογισμικό αναγνώρισης φωνής ή για λογισμικό Voice over IP.
Υπάρχουν εντούτοις μερικές κάρτες ήχου που έχουν ως στόχο τη σύνθεση μουσικής και τη διασύνδεση του MIDI τα οποία στερούνται οποιονδήποτε "πραγματικών" ικανοτήτων καταγραφής ήχου, όπως μερικές Turtle Beach και Roland Mt-32 προϊόντα, τα οποία εντούτοις στόχευσαν σε μια συγκεκριμένη αγορά και σχεδιάζονται για την επαγγελματική υψηλή ποιότητα αναπαραγωγής MIDI ήχου.

Ιστορία των καρτών ήχου (IBM PC αρχιτεκτονική)

Κάρτες ήχου για υπολογιστές βασισμένους στο PC της ΙΒΜ παρέμεναν ασυνήθιστες έως περίπου το 1988, αφήνοντας το ενσωματωμένο ηχείο ως το μόνο μέσο αναπαραγωγής ήχου και μουσικής, κυρίως για τα παιχνίδια υπολογιστών. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να ακούγονται μόνο οι κοινώς λεγόμενοι ήχοι "Beeps και boops", οι οποίοι ήταν αρκετά περιορισμένοι. Μια επιχείρηση, η Access Software, προχώρησε τόσο πολύ ώστε να αναπτύξει υποστήριξη για την ψηφιακή παραγωγή ήχου πέρα από αυτό το περιορισμένο ηχείο. Ο προκύπτων ήχος, ενώ ήταν λειτουργικός, ήταν εξαιρετικά θορυβώδης και απαιτούσε όλη η υπόλοιπη επεξεργασία να σταματήσει για όσο χρονικό διάστημα αναπαράγονταν οι ήχοι. Άλλοι προσωπικοί υπολογιστές της εποχής, συμπεριλαμβανομένου του Commodore Amiga, Atari ST και διάφορα μοντέλα της εταιρείας Apple, προσέφεραν υποστήριξη για βέλτιστο ήχο. Για αυτό το λόγο, επειδή η πλατφόρμα της ΙΒΜ επεδίωκε να επικρατήσει, χρειαζόταν να παραδώσει στην αγορά κάτι πέρα από το πεπαλαιωμένο και περιορισμένο ομιλητή PC.

Κατασκευαστές υλικού

Ένας από τους πρώτους κατασκευαστές καρτών ήχου για το ΙΒΜ PC ήταν η AdLib, η οποία παρήγαγε μια κάρτα βασισμένη στα ολοκληρωμένα ήχου της Yamaha YM3812, aka OPL2. Αυτό έθεσε τα ντε φάκτο - πρότυπα μέχρι που η Creative Labs παρήγαγε τη κάρτα Sound Blaster, η οποία είχε ένα YM3812 και έναν συνεπεξεργαστή ήχου (πιθανώς Μικροελεγκτή της Intel) τον οποίο η Creative αποκάλεσε ανακριβώς "DSP" το οποίο εννοούσε ότι ήταν ένας επεξεργαστής ψηφιακών σημάτων. Αρκετά χρόνια πέρασαν πριν η Creative εκδώσει μια κάρτα που θα μπορούσε να καταγράψει και να αναπαραγωγής ήχου σε full-duplex κατάσταση, χωρίς εντούτοις να έχει οποιεσδήποτε ικανότητες επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο. 
Αντίθετα στη δημοφιλή πεποίθηση, η Sound Blaster δεν ξεπέρασε την AdLib λόγω του γεγονότος ότι κάρτες περιελάμβαναν επεξεργασία ψηφιακού ήχου ως επιπρόσθετο χαρακτηριστικό υποστήριξη ψηφιακού ήχου από τις κάρτες Sound Blaster's δεν εμφανίστηκε μέχρι και την έκδοση της κάρτας Sound Blaster Pro. Αρκετά χρόνια αργότερα. Στην πραγματικότητα, ήταν η προσθήκη ενός βασικού θύρας παιχνιδιών που παρείχε τη βασική διαφορά. Και οι δύο κάρτες, τόσο αυτή της AdLib όσο και της Sound Blaster πωλούνταν για $289.Οι ιδιοκτήτες της AdLib που θέλησαν να παίξουν παιχνίδια που απαιτούσαν ένα χειριστήριο έπρεπε να αγοράσουν μια ξεχωριστή κάρτα, για θύρες παιχνιδιών, η οποία γενικά κόστιζε περίπου $50. Η ξεχωριστή αυτή θύρα παιχνιδιών ήρθε επίσης με περαιτέρω κόστος, αυτό της κατάληψης μιας άλλης πολύτιμης αυλάκωσης επέκτασης (PCI slot), σε μία εποχή που οι υπολογιστές περιέλαβαν συνήθως μόνο τρεις αυλακώσεις (PCI slot). Μόλις η Creative Labs απέδειξε ότι η Sound Blaster ήταν πλήρως συμβατή με την "AdLib" , οι καταναλωτές μπορούσαν να επιλέξουν την λιγότερο λειτουργική, αλλά εξίσου 
τιμολογημένη κάρτα AdLib.
Η Sound Blaster με τη πρώτη φτηνή συσκευή CD-ROM και την εμφάνιση της τεχνολογίας του video, εισήγαγε σε μια νέα εποχή για τις ικανοτήτων των υπολογιστών, στην οποία αυτοί θα μπορούσαν να αναπαράγουν ένα CD, να προσθέσει καταγραμμένο διάλογο σε παιχνίδια υπολογιστών, ή ακόμα να αναπαράγει ταινίες (αλλά μόνο μικρού μήκους και πολύ χαμηλής ποιότητας, ασύγκριτες με το σύγχρονο ψηφιακό video).

Αποδοχή από τη βιομηχανία

Όταν η επιχείρηση παιχνιδιών Sierra Entertainment (μετέπειτα γνωστή ως Sierra On-Line) επέλεξε για να κάνει μουσική για πρόσθετο υλικό (κάρτες ήχου) αντί να χρησιμοποιεί το ηχείο του υπολογιστή, η έννοια του ήχου και της μουσικής στον υπολογιστή άλλαξε ραγδαία.. Η επιχείρηση Sierra άρχισε τελικά να συνεργάζεται με τις Roland και Adlib. Η Sierra επέλεξε να δημιουργήσει μουσική παιχνιδιών, αρχίζοντας από το King's Quest 4, για την Roland Mt-32 και το συνθέτη της Adlib. Η ΜΤ- 32 ήταν πολύ ανώτερη, δεδομένου ότι περιείχε έναν συνθέτη που μπορούσε να συνδυάσει τα μικρά ηχητικά δείγματα με συντεθειμένους ήχους, και είχε άριστο εφέ αντήχησης (reverb). Η Sierra δημιούργησε τα περισσότερα από τα ΜΤ- 32, και σχεδόν κάθε παιχνίδι φόρτωνε κάποια patches στον συνθετητή προκειμένου να παραγάγει τα ηχητικά εφέ, όπως το τερέτισμα πουλιών και το βηματισμό των αλόγων, σε μια εποχή πριν οι κάρτες SoundBlaster δώσουν τη δυνατότητα να αναπαράγονται τέτοιοι ήχοι, ως μουσικά κομμάτια στον κόσμο των υπολογιστών. Τα ΜΤ- 32 ήταν σε θέση να αποδώσουν πολύ καλύτερη αναπαραγωγή ήχου από το FM chip που υπήρχε στην κάρτα ήχου της Adlib. Η δημοτικότητα της ΜΤ- 32 άνοιξε το δρόμο για την υιοθέτηση των προτύπων MPU-401/Roland Sound Canvas και General MIDI ως τα οριστικά μέσα για τη αναπαραγωγή μουσικής παιχνιδιών μέχρι το μέσο της δεκαετίας του 1990.

Εξέλιξη των χαρακτηριστικών

Οι πρώτες κάρτες ήχου δεν μπορούσαν να εγγράφουν και να αναπαράγουν ήχο συγχρόνως.Οι περισσότερες κάρτες τώρα είναι full-duplex.
Επίσης, για αρκετά χρόνια οι κάρτες ήχου είχαν μόνο ένα ή δύο κανάλια ψηφιακού ήχου (ειδικότερα η σειρά Soundblaster και τα συμβατά συστήματά τους) με την αξιοσημείωτη εξαίρεση αυτών της οικογένειας Gravis Ultrasound, η οποία παρείχε υποστήριξη υλικού για 14 έως 32 ανεξάρτητα κανάλια ψηφιακού ήχου, Τα πρώτα παιχνίδια και οι παίκτες αρχείων Mod έπρεπε να εξομοιώνουν πλήρως τα πολλαπλά κανάλια και να κάνουν μίξη της εξόδου (downmixing) σε λογισμικό.

Ενσωματωμένος ήχος στο PC

Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, πολλοί κατασκευαστές υπολογιστών άρχισαν να αντικαθιστούν τις εσωτερικές κάρτες ήχου με ενσωματωμένες ("codec"). Πολλοί από αυτούς χρησιμοποίησαν τις προδιαγραφές της Intel, το πρότυπο AC97.
Όπως ειπώθηκε πριν, αυτά τα "codecs" συνήθως στερούνται το υλικό για την άμεση σύνθεση μουσικής ή ακόμα και για τον πολυκάναλο ήχο, με ειδικούς οδηγούς και λογισμικό να αναπληρώνουν αυτές τις ελλείψεις, εις βάρος όμως της ταχύτητας της ΚΜΕ (παραδείγματος χάριν, η αναπαραγωγή MIDI καταναλώνει το 10-15% της ΚΜΕ μετρούμενο σε έναν Athlon XP 1600+ CPU).

Ενσωματωμένος ήχος σε άλλες πλατφόρμες

Άλλοι υπολογιστές οι οποίοι δεν βασίζονται στην αρχιτεκτονική IBM PC, όπως οι υπολογιστές της Apple, και workstations από κατασκευαστές όπως η Sun έχουν ενσωματωμένη, στη μητρική κάρτα, τη δική τους συσκευή ήχου. Σε μερικές περιπτώσεις αυτή η λύση παρέχει σημαντικά πλεονεκτήματα ιδιαίτερα σε λιτά συστήματα.

Κάρτες ήχου USB

Αν και όχι για την ακρίβεια κάρτες ήχου (αφού δεν συνδέονται ως κάρτα επέκτασης, ούτε φυσικά μοιάζουν με κάρτες), υπάρχουν κάποιες συσκευές οι οποίες ονομάζονται κάρτες ήχου USB. Συνδέονται στον υπολογιστή μέσω της επαφής USB. Οι προδιαγραφές USB καθορίζουν ένα πρότυπο διεπαφής το οποίο επιτρέπει ένα μόνο οδηγό να λειτουργεί με όλα τα διαφορετικά είδη συσκευών ήχου USB που διατίθενται στην αγορά.