Scheda audio: Come funziona

In questo articolo vedremo che cos’è una scheda audio, come funziona, a cosa serve e come si è evoluto il sistema audio nei personal computer fino ad oggi.

Storia della scheda audio

Prima dell’invenzione della scheda audio, i primi personal computer della storia potevano emettere soltanto un segnale acustico. Questo suono emesso da una piccola cassa acustica all’interno del computer, poteva essere modificato nella frequenza e nella durata del segnale acustico ma non era possibile modificarne il volume o creare altri suoni. Inizialmente, il segnale acustico fungeva principalmente da segnale o da avvertimento.

Successivamente, l’unico altoparlante all’interno di questi computer era in grado di poter fare musica che è servita principalmente per i primi videogiochi per PC. Questo sistema sonoro era però limitato a dei segnali acustici e a diverse tonalità e lunghezze. Si trattava di un sistema sonoro che non era particolarmente realistico.

Fortunatamente, le capacità audio dei computer sono notevolmente migliorate con il passare degli anni. Soltanto negli anni ottanta alcuni produttori hanno introdotto sul mercato le prime schede audio aggiuntive dedicate al controllo del suono. Ora, i computer desktop e portatili hanno tutti una scheda audio incorporata che può fare molto di più di un semplice segnale acustico.

Le schede audio di oggi possono produrre audio in 3D per i giochi o i videogiochi musicali e alla riproduzione audio surround per DVD e Blu-Ray. Possono anche acquisire e registrare suoni da fonti esterne.

Scheda audio analogica e digitale

I suoni e i dati del computer sono sostanzialmente diversi. I suoni sono analogici e sono fatti di onde che viaggiano attraverso la materia. I computer, comunicano in modo digitale, utilizzando impulsi elettrici. Come una scheda video, una scheda audio traduce le informazioni digitali di un computer e le informazioni analogiche del mondo esterno. Una scheda audio è un circuito stampato che utilizza quattro componenti per tradurre informazioni analogiche e digitali.

Uno di questi è il convertitore da analogico a digitale (ADC) e un convertitore digitale-analogico (DAC) e serve un interfaccia PCIe per collegare la scheda alla scheda madre. Invece di ADC e DAC separati, alcune schede audio usano un chip codificatore/decodificatore, chiamato anche CODEC, che svolge entrambe le funzioni.

Come funzionano le schede audio

L’ADC traduce le onde analogiche in dati digitali che il computer può capire. Per fare ciò, campiona o digitalizza il suono eseguendo misurazioni precise a intervalli frequenti. Il numero di misurazioni al secondo, chiamato frequenza di campionamento, viene misurato in kHz. Più veloce è la frequenza di campionamento, più precisa è la sua onda ricostruita. Se si dovesse riprodurre la registrazione attraverso gli altoparlanti, il DAC eseguirà gli stessi passaggi di base al contrario.

Con misurazioni accurate e una frequenza di campionamento rapida, il segnale analogico ripristinato può essere quasi identico all’onda sonora originale. Anche alte frequenze di campionamento, tuttavia, causano una certa riduzione della qualità del suono. Anche il processo fisico di spostamento del suono attraverso i fili può causare distorsioni.

I produttori di schede audio utilizzano due misurazioni per descrivere questa riduzione della qualità del suono; la distorsione armonica totale (THD), espressa in percentuale e il rapporto segnale / rumore (SNR) misurato in decibel. Sia per il THD che per SNR, i valori più bassi indicano una migliore qualità.

Alcune schede audio supportano anche l’ingresso digitale, consentendo di archiviare registrazioni digitali senza convertirle in un formato analogico.

Componenti di una scheda audio

Oltre ai componenti di base necessari per l’elaborazione del suono, molte schede audio possiedono un hardware aggiuntivo o connessioni input / output. Poi abbiamo il Digital Signal Processor (DSP) che è un microprocessore che elimina parte del carico di lavoro dalla CPU del computer eseguendo calcoli per la conversione analogica e digitale.

I DSP possono elaborare più suoni o canali contemporaneamente ma le schede audio che non dispongono di un proprio DSP utilizzano la CPU per l’elaborazione. In una scheda audio può esserci della memoria come con una scheda grafica che usa la memoria video e può utilizzarla per fornire un’elaborazione più rapida dei dati.

Le connessioni di ingresso e di uscita che si trovano in praticamente tutte le schede audio sono connessioni per un microfono e per gli altoparlanti. Come per una scheda grafica, una scheda audio utilizza un software per comunicare con le applicazioni e con il resto del computer.

Questo software include i driver della scheda audio, che consentono alla scheda di comunicare con il sistema operativo. Sempre in questa applicazione, si possono trovare anche le interfacce dei programmi applicativi (API).

Sono insiemi di regole o standard che facilitano la comunicazione del software con la scheda audio.

Controllo del suono

Tutti i computer desktop e portatili hanno una scheda audio incorporata nella scheda madre, ma si può scegliere di aggiungerne un’altra dedicata. Una scheda madre dotata di un proprio DSP può elaborare più flussi di dati e può ricreare qualsiasi tipo di suono. Tuttavia, nonostante queste funzionalità, la maggior parte dei produttori e degli appassionati di musica, concordano sul fatto che una schede audio separata offre una migliore qualità audio e più funzionalità.

I portatili hanno tutti un sistema audio integrato direttamente sulla loro scheda madre ma per via del controllo dello spazio e della temperatura, queste schede interne non sono sempre di fascia alta. Pertanto, chi usa un portatile, può acquistare una scheda audio esterna che utilizza ad esempio una connessione USB. Questi moduli esterni possono migliorare significativamente la qualità del suono del nostro portatile.

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