La guida alle schede audio vi porterà a capire come scegliere la migliore soluzione per dotare il vostro computer del miglior dispositivo di riproduzione e di registrazione di suoni.
Benché sia un dato di fatto che moltissime applicazioni di un PC possono effettivamente essere utilizzate senza bisogno di nessun audio di supporto, i benefici di una buona scheda audio sono straordinari. Il PC ormai non è più solo uno strumento di lavoro, in cui l’audio ha una funzione limitata per operare con i programmi, ma una piattaforma multimediale che permette di vedere film, di fare giochi, di ascoltare musica, di comunicare con altri utenti per mezzo della rete… Insomma il computer è diventato anche un potentissimo mezzo di intrattenimento, che svolge contemporaneamente anche le funzioni di un televisore, di una console per video games e di un videotelefono. Rinunciare a una buona qualità sonora significa perdere l’opportunità di trasformare il computer in un grande mezzo di intrattenimento.
La scelta di una scheda audio dipende innanzi tutto da quanto il suono effettivamente riesce a coinvolgervi e da quanto siete esigenti nella qualità dell’ascolto. Ma non basta, perché per prima cosa bisogna porsi la domanda: mi interessa solo ascoltare o desidero anche registrare?
Se siete dei musicisti, questa domanda è fondamentale. Il PC oggi è in grado di sostituire pienamente i vecchi impianti di registrazione audio assicurando una pulizia e una fedeltà sonora fino a pochi anni fa inimmaginabili. Ma anche per chi non suona nessuno strumento, ma desidera per esempio registrare la propria voce per commentare dei filmati o delle presentazioni, o anche – perché no? – salvare nel PC le voci dei propri bimbi per poi riascoltarle in una pausa dal lavoro, può ottenere dei risultati gratificanti. In più, dopo avere registrato si potranno facilmente modificare i suoni originali aggiungendo effetti speciali, ritoccandone le imperfezioni, mixandoli con altri suoni registrati in precedenza, o trasformandoli grazie a software specifici sempre più semplici e divertenti da usare.
Un’altra cosa da chiedersi è se ci si può accontentare di un ascolto stereofonico o se si aspira a un ascolto da home theater con subwoofer e cinque altoparlanti satellite (il cosiddetto sistema 5.1), come in un cinema, o l’ancora più evoluto sistema 7.1, con sette satelliti e il subwoofer, per una riproduzione che rende l’esperienza dell’ascolto ancora più avvincente.
Ovviamente, più le vostre esigenze sono sofisticate maggiore sarà il livello qualitativo della scheda audio e naturalmente più elevato sarà il costo. I più pretenziosi potranno addirittura installare più di una scheda audio, compatibilmente con gli slot di connessione che la scheda madre mette a disposizione, dal momento che quasi nessuna scheda audio in commercio è in grado di soddisfare allo stesso livello qualitativo tutte le differenti esigenze di ascolto o registrazione.
Principali funzioni e specifiche tecniche delle schede audio
La scheda audio è una periferica, ossia una componente del computer che non fa parte di quelle essenziali di un PC (per l’esattezza il microprocessore, le memorie, un’interfaccia di output e una di input) e che agisce come un’interfaccia tra il PC stesso e l’utilizzatore. Le periferiche, in sintesi, permettono di immettere dati che il computer potrà elaborare o riproducono dati già elaborati di cui l’utente potrà fruire.
Una scheda audio svolge entrambe queste funzioni: se impiegata per registrare suoni, tradurrà in forma digitale un flusso di segnali elettromagnetici forniti, per esempio, da un microfono o da una tastiera elettronica attraverso un processo chiamato campionamento. Senza entrare nei dettagli della teoria del campionamento, la scheda audio converte una variazione infinita e continua del campo elettromagnetico, che è per esempio ciò in cui un microfono trasforma le onde sonore, in una sequenza finita di valori numerici che permette di rappresentare in modo ottimale le variazioni stesse del campo. Trasformata in questo modo, la rappresentazione del suono mediante questi valori numerici può venire immagazzinata nelle memorie del PC e trattata dal processore.
L’ubicazione della scheda audio può essere sia interna al case del computer che esterna, anche se quasi sempre viene collocata direttamente sulla scheda madre mediante lo slot ISA (nel caso di schede audio meno recenti) o PCI.
Ma, più specificamente, cosa effettivamente fa una scheda audio? Le funzioni che può svolgere sono sostanzialmente quattro:
- sintesi sonora, ossia la generazione di suoni; in questo caso la scheda audio opera come un sintetizzatore che produce, opportunamente regolato dai vari controlli che lo caratterizzano e che vanno a gestire i vari parametri dell’onda elettromagnetica e successivamente fisica, suoni originali;
- interfaccia MIDI; il MIDI (Musical Instrument Digital Interface) è un protocollo ideato per rappresentare, anziché il suono in sé, le informazioni specifiche su come questo suono e le successioni di suoni devono essere riprodotte, per esempio come una tastiera o un sintetizzatore devono comportarsi per produrre determinate sequenze di suoni con specifiche caratteristiche;
- conversione analogico-digitale (A/D); serve a trasformare segnali elettromagnetici in informazioni numeriche utilizzabili dal processore e immagazzinabili in memoria;
- conversione digitale-analogica (D/A); serve a trasformare sequenze numeriche che rappresentano in modo digitale i suoni in segnali elettromagnetici che possono essere trasformati in onde sonore mediante degli altoparlanti.
Approfondiamo ora meglio questi quattro aspetti, perché proprio sulla loro base si potranno valutare le caratteristiche peculiari di ciascuna scheda audio per comprenderne le caratteristiche e per valutare se è proprio la scheda che fa per voi.
Schede audio con funzione di sintesi sonora
Se volete creare musica, o permettere a programmi che fanno un ampio uso di suoni complessi – come per esempio i games – di potere accedere a un bagaglio più ampio e ricco di sonorità, dovete installare nel vostro PC una scheda che abbia buone caratteristiche di sintesi sonora.
I tre metodi di sintesi sonora utilizzati sono:
- la modulazione di frequenza (FM);
- la “wavetable”;
- la modellizzazione fisica.
Modulazione di frequenza (FM)
È il metodo meno dispendioso e più efficiente, benché la qualità non sia sempre la migliore in assoluto. I suoni sono creati utilizzando algoritmi capaci di generare insiemi di onde sinusoidali che interferiscono tra loro in modo tale che nel complesso si avvicinino quanto più possibile al suono finale che si vuole ottenere. Il principio fisico che sta a monte è che qualsiasi suono può essere ottenuto come somma di un certo numero di onde sinusoidali di frequenza multipla a quella data. Per esempio, il suono di un clarinetto può essere riprodotto mediante una opportuna quantità di onde semplici sinusoidali di frequenza multipla, anche se il risultato finale in qualche caso non è proprio fedelissimo al suono reale. Quanto maggiore è la qualità di una scheda che produce suoni in modulazione di frequenza – il che si traduce in chip più evoluti che permettono lo sviluppo di algoritmi più complessi – quanto migliore è la somiglianza finale dei suoni prodotti per sintesi con i suoni originali che si vogliono imitare.
Wavetable
Sostanzialmente è una banca di suoni già generati e opportunamente categorizzati in modo da potere essere riprodotti all’occorrenza. Di solito questi suoni sono registrati in precedenza in modo digitale oppure sono risultanti da un processo di sintesi non necessariamente elaborato dalla scheda che opera come wavetable. Una wavetable viene immagazzinata in memoria ROM (read-only memory) all’interno di un apposito chip di una scheda audio, che eventualmente può venire gestita mediante un software specifico.
Le più evolute schede audio che adottano questo metodo solitamente includono wavetable con un certo numero di voci di polifonia, che permettono cioè di riprodurre contemporaneamente fino a quel numero di suoni disponibili nella banca sonora contemporaneamente.
Va anche precisato che questo metodo di sintesi sonora non è incompatibile con quello della modulazione di frequenza. Una scheda può infatti adottarli entrambi e utilizzarli a seconda delle operazioni che dovrà svolgere. Solitamente i software più datati non sono compatibili con le wavetable e richiedono la generazione in modulazione di frequenza.
Modellizzazione fisica
Si tratta di un nuovo tipo di sintesi sonora, mediante la quale i suoni vengono creati tramite una complessa procedura di programmazione. Sia con la modulazione di frequenza che con la wavetable non si ha a che fare con il modo in cui i suoni originali vengono creati, ma con una loro emulazione mediante somme di onde semplici (metodo FM), o con l’archiviazione e la riprocessazione di suoni preregistrati in precedenza (metodo wavetable). Con la modellizzazione fisica invece si gestisce un processo che porta alla produzione di uno specifico suono. In altri termini, si definiscono i parametri fisici in base ai quali un certo strumento produce il suono e a partire da questi viene costruita la forma d’onda. In questo modo si potrà modificare il suono utilizzando algoritmi che riproducono il modo in cui il suono originale viene generato in natura, ottenendo così una più grande fedeltà e una varietà timbrica molto più ampia.
Se il metodo wavetable è qualitativamente più elevato quanti più suoni si possono stipare in memoria, e quindi la sua qualità dipende innanzi tutto dalla dimensione della memoria ROM associata alla scheda audio, il metodo della modellizzazione fisica non richiede grandi dimensioni di memoria, ma implica una potenza più elevata del processore, che dovrà operare una grande quantità di calcoli sulla forma d’onda iniziale per rendere tutte le possibili variazioni e modifiche in tempo reale. In genere, la qualità sonora di una scheda che impiega il metodo della modellizzazione fisica è quella che dà le migliori performance.
Schede audio con funzione MIDI
In effetti la funzione MIDI nelle schede audio è una funzione marginale, sebbene estremamente interessante. Il protocollo MIDI non crea infatti alcun suono, ma è un sistema di istruzioni e comandi che permettono di recuperare suoni prodotti da un sintetizzatore e utilizzarli in sequenze particolari, per esempio per riprodurre una canzone. In sostanza è un codice per dire come devono essere usati i suoni disponibili.
Uno degli utilizzi più frequenti del MIDI è il controllo di un sintetizzatore mediante una tastiera esterna. La tastiera viene connessa mediante un’interfaccia MIDI al sintetizzatore, e invia dei messaggi che vengono interpretati dall’interfaccia in modo da pilotare opportunamente il sintetizzatore che genera i suoni. Una scheda audio che supporta il sistema MIDI permette di connettere strumenti esterni (tastiere e altri apparecchi che sono compatibili con il sistema MIDI) mediante un cavo DIN a 5 pin; in questo modo si può suonare con lo strumento esterno, che agisce come un dispositivo di input, utilizzando i suoni del sintetizzatore sonoro della scheda audio (o di altre schede audio connesse al PC), oppure è possibile registrare mediante appositi software (sequencer) delle sequenze di suoni che compogono un brano, o pilotare in tempo reale delle modifiche ai suoni che istante per istante vengono prodotti. Insomma, potete trasformare il vostro PC in uno studio di registrazione elettronico!
Ad ogni modo la scheda audio che opera da interfaccia MIDI lavora quasi sempre insieme a uno o più software specifici che permettono di gestire convenientemente i suoni e le loro successioni. Un esempio di questi è il celeberrimo sequencer Cubase, che permette di registrare sequenze MIDI e di editarle successivamente a un livello avanzatissimo di sviluppo. Ancora, quasi tutti gli strumenti musicali elettronici (tastiere, batterie elettroniche, moduli di produzione sonora, ecc.) più recenti sono provvisti di software specifici che installati su PC permettono di controllare tutti i vari parametri dello strumento lavorando direttamente al PC e non sullo strumento, potendo così memorizzare infinite configurazioni e recuperarle rapidamente e in modo più veloce che lavorando sullo stesso strumento.
Insomma, se per voi la musica non è solo ascolto, ma vi dilettate a crearla ex novo, dovete scegliere una scheda audio provvista di interfaccia MIDI.
Schede audio con funzione di conversione analogico-digitale (A/D)
Tutte le schede audio che devono servire a registrare suoni esterni all’interno del PC devono essere dotate di un convertitore analogico-digitale (A/D).
Una delle applicazioni più semplici di questa funzione è ad esempio la connessione di un microfono al PC per parlare in chat con un vostro amico. Il suono della vostra voce viene convertito dal microfono in impulsi elettromagnetici e successivamente, proprio grazie al convertitore A/D, verrà trasformato in formato digitale tramite un processo che viene denominato “campionamento”. In questo modo potrà essere processato dal vostro PC e trasmesso via internet mediante il protocollo usato dal messenger di chat che state adoperando.
Ovviamente questo è l’utilizzo più banale. Registrare la musica di un’intero gruppo musicale in presa diretta può essere uno dei modi più avanzati di usare un PC. Ovviamente se volete occuparvi di registrazione digitale a questo grado di complessità dovete munirvi di una scheda audio con un convertitore A/D di elevatissima qualità, altrimenti avrete delle registrazioni poco fedeli, fruscianti o distorte, o semplicemente incapaci di gestire correttamente la quantità di suoni che dovete registrare.
Come funziona un convertitore analogico-digitale? Attraverso una porta di ingresso vengono immessi dei segnali elettromagnetici con un voltaggio che va variando nel tempo e che rappresentano la conversione in formato elettromagnetico di una forma d’onda fisica. Questi vengono incanalati in una serie di circuiti elettronici piuttosto complessi che sostanzialmente attuano la misurazione istantanea del voltaggio immesso e associano a ciascun valore rilevato nell’unità di tempo un valore numerico che viene espresso sotto forma di segnali digitali (ossia sequenze di 0 e 1). Queste sequenze vengono restituite in output al computer per essere trattate dal processore centrale o immagazzinate in memoria.
Da questo deriva che i parametri fondamentali da tenere in considerazione nella valutazione di una scheda audio A/D sono:
- La frequenza di campionamento, ossia la quantità di misurazioni che vengono effettuate nell’unità di tempo sul segnale elettromagnetico in ingresso. Viene misurata in KHz (KiloHertz) e, per un teorema fisico deve essere almeno doppia della frequenza massima udibile. Siccome la massima frequenza sonora che l’orecchio umano può percepire è di 20 KHz, la frequenza minima di campionamento accettabile è di 40 KHz. In realtà tutti gli apparecchi propongono una frequenza minima di 44,1 KHz, che è il valore usato per il campionamento dei CD musicali.
Ad ogni modo le frequenze possono essere diverse, per assecondare svariate esigenze che inducono il bisogno di livelli qualitativi differenti:
Frequenza Contesto di utilizzo
44.1KHz CD, Minidisc
48 KHz DAT
96 KHz Sistemi di Hard Disk Recording
33 KHz Long Play DAT
22.05 KHz Campionatori a banda ristretta
192 KHz Registrazioni digitali sperimentali
- Il numero di bit per campione (bps), che indica la grandezza che può avere il numero che definisce ogni misurazione (campione) del segnale in ingresso. Valori più elevati consentono una qualità migliore, ma occupano una maggiore quantità di memoria. Solitamente le schede audio lavorano con convertitori a 8 o a 16 bit.
Schede audio con funzione di conversione digitale-analogica (D/A)
Sostanzialmente il convertitore digitale analogico svolge l’azione opposta a quella messa in atto dal convertitore analogico-digitale, ossia trasforma una sequenza di dati in codice binario (ossia successioni di 1 e 0) in un segnale elettromagnetico che può essere inviato a un sistema di altoparlanti per riprodurre il suono. A ciascun valore digitale corrisponde un valore analogico di tensione (che andrà a definire la forma dell’onda in uscita).
Il parametro fondamentale da tenere in considerazione sarà essenzialmente la risoluzione del convertitore, ossia la quantità di livelli di tensione che il dispositivo è in grado di produrre. Anche questo valore è misurato in bit e va dagli 8 bit per gli apparecchi di bassa qualità a 16 o addirittura 24 bit per quelli più sofisticati. Gli ascolti ad alta fedeltà forniscono un’elevata qualità al di sopra della quale la differenza non è più apprezzabile già a 16 bit.
Ingressi e uscite delle schede audio
Quando userete una scheda audio vi troverete sempre di fronte a due situazioni fondamentali: come immettere i segnali nella scheda se volete registrare e come riprodurre i suoni mediante un sistema di altoparlanti.
In entrambi i casi stiamo parlando di ingressi e uscite, ossia di porte attraverso cui potete collegare altri dispositivi come microfoni, mixer esterni, strumenti musicali, ecc. alla scheda audio per registrare, ovvero potete connettere una cuffia o degli altoparlanti alla scheda stessa per riprodurre il suono. Va precisato che anche il lettore CD-ROM o DVD del PC viene di solito connesso alla scheda audio per potere funzionare come un normale lettore di CD e DVD audio e quindi la scheda deve prevedere un’apposita porta per questo utilizzo.
La distinzione fondamentale da fare tra le porte è se sono digitali o analogiche. Sostanzialmente le porte analogiche immettono segnali elettromagnetici che dovranno essere convertiti in digitale dal convertitore A/D. Quelle digitali immettono direttamente sequenze digitali che come tali possono venire processate e immagazzinate direttamente dal PC scavalcando il convertitore analogico digitale. Ovviamente è necessario che il dispositivo che invia dati digitali abbia a sua volta una porta in uscita digitale, che trasmetta questo genere di dati. Lo stesso vale per le porte in uscita.
Se ad esempio disponete di apparecchi che emettono flussi digitali e vi prefiggete di usarli come fonti per registrare nel PC – per esempio un lettore di CD provvisto di questa porta – allora può essere conveniente accertarsi che la scheda audio disponga di una porta input digitale, per aumentare il livello qualitativo della registrazione. Connettendo il lettore di CD direttamente a questa porta trasferirete i dati del CD al PC senza alterare assolutamente nulla dei dati originari. Se invece faceste lo stesso usando l’ingresso analogico sostanzialmente andreste a immettere le sequenze di segnali elettromagnetici derivati dalla conversione in analogico (mediante il convertitore D/A del lettore) dei dati digitali del CD, che successivamente verranno ritrasformate in digitale attraverso il convertitore A/D della scheda audio. In questo modo, se uno dei due convertitori non è più che eccellente si perderà un po’ di qualità originaria. Inoltre, i segnali elettromagnetici sono passibili sempre di interferenze, di disturbi e di altre distorsioni che ovviamente altereranno la sostanza del suono originale.
Ingressi
Gli ingressi che più frequentemente si possono trovare in una scheda sono:
- porta RCA audio analogica
- porta analogica minijack (stereo o mono)
- porta analogica a jack sbilanciato
- porta FireWire ottica
- porta S/PDIF digitale
- porta MIDI
Ciascuno di questi ingressi ha funzioni diverse, che dipendono dal tipo di utilizzo che si fa della scheda. Occorre definire bene a monte che tipo di apparecchiature esterne si intende collegare alla scheda per eseguire registrazioni digitali, e accertarsi di quale genere di porta sia quella impiegata. Ad esempio se volete semplicemente chattare in viva voce con un microfonino vi basterà che la vostra scheda audio monti un minijack analogico mono. Se avete interesse a connettere contemporaneamente quattro tastiere dovete procurarvi un mixer audio esterno al quale connettere tutte le tastiere e successivamente collegare questo a una coppia di ingressi RCA, in modo che si possa ricevere un segnale stereofonico (ossia distinto per canale sinistro e destro così da ricreare la collocazione spaziale di ciascun suono). Un’alternativa può essere quella di scegliere una scheda audio specificamente progettata per le registrazioni ad alto livello, che può offrire numerose porte analogiche per connettere numerosi strumenti in contemporanea senza bisogno di un mixer. Ovviamente, se volete usare una scheda del genere, sarete già abbastanza ben informati sulla tecnica delle registrazioni digitali e su come si configura uno studio di registrazione digitale…
Uscite
Sulle uscite il discorso è leggermente più complesso. Il segnale in uscita, che deriva dalla conversione analogica dei dati digitali, viene indirizzato a un sistema di altoparlanti (o anche solo una cuffia) che riprodurranno il suono. Attualmente le più diffuse tipologie di questi impianti e le relative uscite più comuni sono:
- il sistema 2.0 – l’impianto stereo standard con due casse ciascuna delle quali riproduce i suoni di tutte le frequenze – un minijack stereo
- il sistema 2.1 – costituito da due casse per i suoni medi e acuti e il subwoofer per i bassi – un minijack stereo e uno mono
- il sistema 5.1 – sistema surround (Dolby Digital Surround o, in una sua variante, Digital Theater System), con tre casse davanti e due dietro a riprodurre i suoni medi e acuti e un subwoofer – due minijack stereo e uno mono
- il sistema 7.1 – sistema surround avanzato, contre casse davanti, due di lato e due dietro per gli acuti e i medi e il subwoofer – tre minijack stereo e uno mono.
La scheda audio deve provvedere a indirizzare correttamente il suono che deriva per esempio da un film in DVD verso ciascun canale distinto. Per fare questo deve distinguere ciascuna traccia di dati audio del film e indirizzarla a un canale in uscita distinto. Chi desiderasse per esempio munirsi di un valido sistema 5.1 deve accertarsi che la propria scheda sia configurata in modo da interpretare correttamente la separazione dei 6 canali e che quindi permetta il pilotamento di un impianto di diffusori surround 5.1.
Ovviamente ci sono anche altre uscite che possono trovarsi in una scheda audio:
- porta FireWire ottica
- porta S/PDIF
- porta MIDI.
In funzione delle proprie esigenze si deve verificare la presenza delle uscite che servono nella scheda da installare.